DE102013203803A1

DE102013203803A1 - Ionenquelle. Schwerpartikelstrahl-Betrahlungsvorrichtung, Ionenquellenantriebsverfahren und Schwerpartikelstrahlen-Bestrahlungsverfahren

Info

Publication number: DE102013203803A1
Application number: DE201310203803
Authority: DE
Inventors: Akiko Kakutani; Kiyoshi Hashimoto; Kiyokazu Sato; Takeshi Yoshiyuki; Tsutomu Kurusu
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2013187057A; JP5680008B2; US9087678B2; DE102013203803B8; DE102013203803B4; US20130234036A1; CN103313502A; CN103313502B

Abstract

Ein Laserablationsgenerator (27) erzeugt Laserablationsplasma (4) aus einem Ziel in einem Vakuumgefäß (1). Ein Ionenstrahl-Extraktor (18) erzeugt einen Ionenstrahl (5) durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma (4) aus dem Vakuumgefäß (1) enthaltenen Ionen. Ein Ionen-Detektor (9) detektiert andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen, die durch Ionisieren der Elemente im Ziel (2) erhalten werden, aus Ionen im Vakuumgefäß (1) und gibt ein Detektionssignal (14), das einen Wert repräsentiert, der die Anzahl unbeabsichtigter Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis aus. Die Ionenquelle (15), die den Laserstrahl verwendet, macht es möglich, andere unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen aus Ionen im Vakuumgefäß (1) normal zu überwachen.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Ionenquelle, die einen Ionenstrahl durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl erzeugt, eine Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, ein Ionenquellenantriebsverfahren und ein Schwerpartikelstrahl-Antriebsverfahren.
HINTERGRUND
Eine Ionenquelle ist als eine Vorrichtung bekannt, die einen Ionenstrahl durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl erzeugt. Eine Ionenquelle erhöht die Energie von Ionen und gibt einen Ionenstrahl an eine externe Vorrichtung aus. Ein Beispiel der externen Vorrichtung ist eine für Krebsbehandlung verwendete Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung. Eine Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ist eine Vorrichtung, die einen Ionenstrahl beschleunigt und einen Zielort mit dem beschleunigten Ionenstrahl als einem Schwerpartikelstrahl bestrahlt. Beispielsweise werden Kohlenstoff-Ionen als die Ionen verwendet und insbesondere C⁶⁺ Ionen werden für die Krebsbehandlung verwendet.
Beispielsweise kann eine Ionenquelle ein Verfahren einsetzen, das ein Mikrowellenentladungsplasma verwendet, und ein Verfahren, das einen Laserstrahl verwendet (siehe beispielsweise japanisches Patent Nr. 3713524 und japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-37764 ).
Eine einen Laserstrahl verwendende Ionenquelle bestrahlt die Oberfläche eines Ziels in einem Vakuumgefäß mit einem Laserstrahl und verdampft und ionisiert Elemente des Ziels mit der Energie des Laserstrahls, um Plasma zu erzeugen (Laserablationsplasma). In dem Laserablationsplasma enthaltene Ionen werden aus dem Vakuumgefäß extrahiert und die extrahierten Ionen werden zum Zeitpunkt der Extraktion beschleunigt, um einen Ionenstrahl zu erzeugen. Die einen Laserstrahl verwendende Ionenquelle kann mehrfach geladene Ionen wie etwa C⁶⁺ Ionen durch Justieren der Energie und Dichte des Laserstrahls erzeugen.
In der einen Laserstrahl verwendenden Ionenquelle können andere, nicht beabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen (C⁶⁺ Ionen) aus den folgenden Gründen in ein Vakuumgefäß eingemischt sein. Wenn beispielsweise Feuchtigkeit oder Partikel am Ziel anhaften, können Ionen von Kontaminationen (wie etwa Wasserstoffmolekül-Ionen (H₂ ⁺) und (O⁸⁺ Ionen) als unbeabsichtigte Ionen in das Vakuumgefäß gemischt werden. Wenn Restgas im Vakuumgemäß voran ist, können Ionen von Restgaskomponenten als unbeabsichtigte Ionen in das Vakuumgefäß gemischt sein. Wenn unbeabsichtigte Ionen in das Vakuumgefäß gemischt sind, werden die unbeabsichtigten Ionen zusätzlich zu beabsichtigten Ionen aus dem Vakuumgefäß extrahiert und als Ionenstrahl ausgegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration einer Ionenquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch illustriert.
2 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration einer Ionenquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung schematisch illustriert.
3 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration einer Ionenquelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung schematisch illustriert.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 3 gezeigten Ionenquelle illustriert.
5 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration einer Ionenquelle gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung schematisch illustriert.
6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 5 gezeigten Ionenquelle illustriert.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die die Ionenquelle gemäß der dritten Ausführungsform einsetzt, als ein erstes Anwendungsbeispiel illustriert.
8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die die Ionenquelle gemäß der ersten Ausführungsform einsetzt, als ein zweites Anwendungsbeispiel illustriert.
9 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 8 gezeigten Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung illustriert.
10 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die die Ionenquelle gemäß der dritten Ausführungsform einsetzt, als ein drittes Anwendungsbeispiel illustriert.
11 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 10 gezeigten Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung illustriert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, andere unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen in einem Vakuumgefäß normal zu überwachen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Ionenquelle bereitgestellt, die umfasst: einen Laserablationsplasma-Generator, der ein Laserablationsplasma aus einem Ziel in einem Vakuumgefäß erzeugt; einen Ionenstrahlextraktor, der einen Ionenstrahl durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma aus dem Vakuumgefäß enthaltenen Ionen erzeugt; und einen Ionendetektor, der andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen detektiert, die durch Ionisieren von Elementen des Ziels erhalten werden, aus Ionen im Vakuumgefäß, und der ein Detektionssignal, das einen Wert repräsentiert, der eine Anzahl von unbeabsichtigten Ionen, oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis ausgibt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: zumindest eine Ionenquelle; und einen Ionenstrahl-Beschleuniger, der einen Ionenstrahl aus der zumindest einen Ionenquelle beschleunigt und einen beschleunigten Ionenstrahl als einen Schwerpartikelstrahl ausgibt, um einen Zielort zu bestrahlen, wobei jede der zumindest einen Ionenquelle beinhaltet: einen Laserablationsplasma-Generator, der Laserablationsplasma aus einem Ziel in einem Vakuumgefäß in Reaktion auf ein Betriebsanweisungssignal erzeugt und die Erzeugung des Laserablationsplasmas in Reaktion auf ein Stoppanweisungssignal stoppt, einen Ionenstrahl-Extraktor, der einen Ionenstrahl durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma aus dem Vakuumgefäß enthaltenen Ionen erzeugt, einen Ionendetektor, der andere, unbeabsichtigte Ionen als beabsichtigte Ionen, die durch das Ionisieren von Elementen des Ziels erhalten werden, von den Ionen im Vakuumgefäß detektiert, und ein einen Wert repräsentierendes Detektionssignal ausgibt, der eine Anzahl der unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis, und eine Betriebssteuersignalverarbeitungsschaltung, welche das Betriebsanweisungssignal an den zumindest einen Laserablationsplasma-Generator ausgibt und das Stoppanweisungssignal an den zumindest einen Laserablationsplasma-Generator ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor ausgegebenen Detektionssignals größer als ein Schwellenwert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung bereitgestellt, welche umfasst: eine Ionenquelle; und einen Ionenstrahl-Beschleuniger, der einen Ionenstrahl aus der Ionenquelle beschleunigt und einen beschleunigten Ionenstrahl als einen Schwerpartikelstrahl ausgibt, um einen Zielort zu bestrahlen, wobei die Ionenquelle beinhaltet: einen Laserablationsplasma-Generator, der Laserablationsplasma aus einem Ziel in einem Vakuumgefäß erzeugt, einen Ionenstrahl-Extraktor, der den Ionenstrahl durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma aus dem Vakuumgefäß enthaltenen Ionen erzeugt und einen Ionen-Detektor, der andere, nicht beabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen, die durch Ionisieren von Elementen des Ziels erhalten werden, von Ionen im Vakuumgefäß detektiert und ein einen Wert repräsentierendes Detektionssignal ausgibt, der eine Anzahl unbeabsichtigter Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis und wobei die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung weiter umfasst: ein Ausgabestopp-Gatterventil, das den Ionenstrahl in Reaktion auf ein Öffnungsanweisungssignal ausgibt und die Ausgabe des Ionenstrahls in Reaktion auf ein Schließanweisungssignal stoppt, und eine Ausgabestoppsignal-Verarbeitungsschaltung, die das Öffnungsanweisungssignal an das Ausgabestopp-Gatterventil ausgibt und das Schließanweisungssignal an das Ausgabestopp-Gatterventil ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor ausgegebenen Detektionssignals größer als ein Schwellenwert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Ionenstrahl-Antriebsverfahren bereitgestellt, welches umfasst Schritte des Erzeugens eines Laserablationsplasmas aus einem Ziel in einem Vakuumgefäß; Erzeugen eines Ionenstrahls durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma aus dem Vakuumgefäß enthaltenen Ionen; und Veranlassen eines Ionen-Detektors, andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen, welche durch Ionisieren von Elementen des Ziels erhalten werden, aus den Ionen des Vakuumgefäßes zu detektieren und ein Detektionssignal, das einen Wert repräsentiert, der eine Anzahl von unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis auszugeben.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsverfahren bereitgestellt, welches umfasst Schritte des Erzeugens eines Laserablationsplasmas aus einem Ziel in einem Vakuumgefäß; Erzeugen eines Ionenstrahls durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma aus dem Vakuumgefäß enthaltenen Ionen; Beschleunigen des Ionenstrahls und Ausgeben eines beschleunigten Ionenstrahls als einen Schwerpartikelstrahl zum Bestrahlen eines Zielorts; Veranlassen eines Ionen-Detektors, andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen, die durch Ionisieren von Elementen des Zieles erhalten werden, aus den Ionen im Vakuumgefäß zu detektieren, und ein, einen Wert, der eine Anzahl von unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, repräsentierendes Detektionssignals als ein Detektionsergebnis auszugeben; und Stoppen der Erzeugung des Laserablationsplasmas, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor ausgegebenen Detektionssignals größer als ein Schwellenwert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsverfahren bereitgestellt, welches umfasst Schritte des Erzeugens von Laserablationsplasma aus einem Ziel in einem Vakuumgefäß; Erzeugen eines Ionenstrahls durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma aus dem Vakuumgefäß enthaltenen Ionen; Ausgeben des Ionenstrahls; Beschleunigen des Ionenstrahls und Ausgeben eines beschleunigten Ionenstrahls als einen Schwerpartikelstrahl, um einen Zielort zu bestrahlen; Veranlassen eines Ionen-Detektors, andere unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen zu detektieren, die durch Ionisieren von Elementen des Ziels erhalten werden, aus Ionen im Vakuumgefäß, und ein, einen Wert, der eine Anzahl der unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, repräsentierendes Detektionssignal als ein Detektionsergebnis auszugeben; und Stoppen der Ausgabe des Ionenstrahls, wenn der Wert des Detektionssignals, das aus dem Ionen-Detektor ausgegeben wird, größer als ein Schwellenwert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, andere unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen aus den Ionen in einem Vakuumgefäß normal zu überwachen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Ionenquelle gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zueinander gleiche oder ähnliche Elemente werden durch gemeinsame Bezugszeichen referenziert und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
ERSTE AUSFÜHRUNGFORM
1 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration einer Ionenquelle 15 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch illustriert.
Die Ionenquelle 15 gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet ein Vakuumgefäß 1, einen Ionen-Detektor 9, einen Ionenstrahl-Extraktor 18 und einen Laserablationsplasma-Generator 27. Der Laserablationsplasma-Generator 27 beinhaltet eine Bestrahlungsvorrichtung 13 und eine Hochspannungsstromversorgung 16.
Das Vakuumgefäß 1 ist aus Edelstahl gebildet und es ist ein Ziel 2 im Zentrum des Vakuumgefäßes 1 platziert. Beispielsweise kann als das Ziel 2 ein kohlenstoffbasiertes, zylindrisches oder plattenförmiges Element verwendet werden. Ein Auslass (nicht gezeigt) ist im Vakuumgefäß 1 ausgebildet. Der Auslass ist mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, die das Vakuumgefäß 1 evakuiert.
Die Hochspannungsstromversorgung 16 ist mit dem Ziel 2 im Vakuumgefäß 1 über ein Stromkabel verbunden und legt eine Hochspannung am Ziel 2 an.
Ein Einfallfenster 1a, in das ein später zu beschreibender Laserstrahl 3 eindringt, wird im Vakuumgefäß 1 gebildet. Die Bestrahlungsvorrichtung 13 bestrahlt die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3 über das Einfallfenster 1a von außerhalb des Vakuumgefäßes 1, um ein Laserablationsplasma 4 zu erzeugen. Die Laserbestrahlungsvorrichtung 13 beinhaltet eine Laserstromversorgung 13a, einen Laseroszillator 13b und eine Mehrzahl von Laserspiegeln 13c und 13d.
Die Laserstromversorgung 13a ist mit dem Laseroszillator 13b über ein Stromkabel verbunden und liefert elektrischen Strom an den Laseroszillator 13b. Der Laseroszillator 13b erzeugt einen Laserstrahl 3 unter Verwendung des aus der Laserstromversorgung 13a gelieferten elektrischen Stroms. Beispiele des Laserstrahls 3 beinhalten einen Kohlenstoffgaslaser oder einen Nd-YAG-Laser. Die Mehrzahl von Laserspiegeln 13c und 13d konzentrieren den Laserstrahl 3 durch Reflektion und bestrahlen die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 über das Einfallfenster 1a von außerhalb des Vakuumgefäßes 1.
Wenn beispielsweise die Mehrzahl von Laserspiegeln die Laserspiegel 13c und 13d, die in 1 gezeigt sind, einsetzt, ist der Laserspiegel 13c angeordnet, den Laserstrahl 3 aus dem Laseroszillator 13b zum Laserspiegel 13d zu reflektieren und ist der Laserspiegel 13d angeordnet, die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3 aus dem Laserspiegel 13c über das Einfallfenster 1a von außerhalb des Vakuumgefäßes 1 zu bestrahlen.
Es wird ein Ionenaustauschdurchgangsloch 1b, das angeordnet ist, um zur Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 zu weisen, im Vakuumgefäß 1 ausgebildet. Der Ionenstrahl-Extraktor 18 erzeugt einen Ionenstrahl 5 durch Extrahieren von im auf der Oberfläche des Ziels 2 erzeugten Laserablationsplasma 4 enthaltenen Ionen, aus dem Vakuumgefäß 1 über das Ionenaustauschdurchgangsloch 1b und gibt den erzeugten Ionenstrahl an eine externe Vorrichtung 29 aus.
Der Ionenstrahl-Extraktor 18 beinhaltet eine Extraktionselektrode 6, eine Mehrzahl von Zwischenelektroden 7a und 7b, eine Beschleunigerelektrode 8 und ein Gehäuse 17.
Die Extraktionselektrode 6 ist auf der Innenwandung des Vakuumgefäßes 1 so angebracht, dass sie zur Oberfläche des Ziels 2 weist und ein Durchgangsloch ist im, dem Ionenaustauschdurchgangsloch 1b entsprechenden Teil ausgebildet. Eine erste Vorspannung wird an die Extraktionselektrode 6 angelegt und die Extraktionselektrode 6 extrahiert Ionen im auf der Oberfläche des Ziels 2 erzeugten Laserablationsplasma 4 zu sich selbst unter Verwendung der ersten Vorspannung.
Ein Ende des Gehäuses 17 ist mit dem Vakuumgefäß 1 verbunden, um das Ionenaustauschdurchgangsloch 1b abzudecken und das andere Ende desselben ist mit der externen Vorrichtung 29 verbunden. Die Zwischenelektroden 7a und 7b sind im Gehäuse 17 so lokalisiert, dass sie parallel zur Längenrichtung des Gehäuses 17 liegen und zueinander weisen, mit einem vorgegebenen dazwischen eingefügten Spalt. Eine zweite Vorspannung, die niedriger als die erste Vorspannung ist, wird an den Zwischenelektroden 7a und 7b angelegt und die Zwischenelektroden 7a und 7b extrahieren die durch die Extraktionselektrode 6 extrahierten Ionen aus dem Gehäuse 17 unter Verwendung der zweiten Vorspannung.
Die Beschleunigerelektrode 8 ist am anderen Ende des Gehäuses 17 angeordnet, um zur Extraktionselektrode 6 zu weisen. Eine dritte Vorspannung (beispielsweise eine Erdungsspannung), die niedriger als die zweite Vorspannung ist, wird an der Beschleunigerelektrode 8 angelegt und die Beschleunigerelektrode 8 beschleunigt die Ionen im Gehäuse 17 unter Verwendung der dritten Vorspannung, um einen Ausfalldetektionsvorrichtung 5 zu erzeugen und gibt den erzeugten Ionenstrahl an die externe Vorrichtung 29 aus.
Der Ionen-Detektor 9 ist im Vakuumgefäß 1 angeordnet. Der Ionen-Detektor 9 detektiert andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen (C⁶⁺ Ionen), die durch Ionisieren von Elementen des Ziels 2 erhalten werden, aus den Ionen im Vakuumgefäß 1 und gibt ein einen Wert repräsentierendes Detektionssignal 14, was die Anzahl von unbeabsichtigten Ionen ist, oder das Mischverhältnis der unbeabsichtigten und zu den beabsichtigten Ionen, als das Detektionsergebnis über ein Signalkabel aus dem Vakuumgefäß 1 aus.
Beispiele des Ionen-Detektors 9 können ein elektrisches und/oder Magnetfeld sein, wie ein Q-Massen-(Q/MS)Filter oder ein Wien-Filter, der Analyse-Ionen detektiert. Der Ionen-Detektor 9 weist auch einen Ionendetektionssensor wie eine Ionensammelplatte, eine Faraday-Wanne oder eine Mikrokanalplatte auf. Das elektrische Feld oder das magnetische Feld wird in Bezug auf den Ionen-Detektor 9 justiert, um so unbeabsichtigte Ionen als die Analyse-Ionen zu detektieren. Der Ionen-Detektor 9 detektiert (analysiert) unbeabsichtigte Ionen durch Anlegen eines elektrischen Feldes und/oder eines magnetischen Feldes an einem Teil (nachfolgend als ein Erzeugungsteil bezeichnet), aus dem das Laserablationsplasma 4 erzeugt wird, der Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 und gibt das Detektionssignal 14 als das Detektionsergebnis aus dem Vakuumgefäß 1 über das Signalkabel aus.
Die meisten der aus dem Erzeugungsteil des Laserablationsplasmas 4 diffundierenden Ionen aus den durch das Laserablationsplasma 4 erzeugten Ionen werden nicht durch den Ionenstrahl-Extraktor 18 extrahiert, sondern verbleiben im Vakuumgefäß 1. Andererseits werden die nicht aus dem Erzeugungsteil des Laserablationsplasmas 4 diffundierenden Ionen durch den Ionenstrahl-Extraktor 18, der angeordnet ist, zur Oberfläche des Ziels 2 zu weisen, extrahiert. Daher kann durch Anordnen des Ionen-Detektors 9, um so ein elektrisches Feld und/oder ein Magnetfeld an den Erzeugungsteil des Laserablationsplasmas 4 anzulegen, der Ionen-Detektor 9 durch den Ionenstrahl-Extraktor 18 extrahierte Ionen detektieren.
Hier sind die unbeabsichtigten Ionen nicht auf einen Typ beschränkt. Wenn beispielsweise Feuchtigkeit oder Partikel am Ziel anhaften, können Ionen von Kontaminationen (wie etwa Wassermolekülionen (H₂ ⁺) und O⁸⁺ Ionen) als unbeabsichtigte Ionen in das Vakuumventil 1 eingemischt sein. Wenn Restgas im Vakuumgefäß 1 vorhanden ist, können Ionen von Restgaskomponenten als unbeabsichtigte Ionen im Vakuumgefäß 1 eingemischt sein. Auf diese Weise sind eine Mehrzahl von Typen von unbeabsichtigten Ionen, wie etwa Ionen von Kontaminationen oder Ionen von Restgaskomponenten im Vakuumgefäß 1 gemischt.
Daher kann es durch Anordnen des Ionen-Detektor 9 im Vakuumgefäß 1, um zu einer Mehrzahl von Typen von unbeabsichtigten Ionen zu korrespondieren, möglich sein, eine Mehrzahl von Typen von unbeabsichtigten Ionen zu detektieren.
Der Betrieb (Antriebsverfahren) der Ionenquelle 15 wird unten beschrieben.
Zuerst legt die Hochspannungsstromversorgung 16 eine Hochspannung an das Ziel 2 an. Die Bestrahlungsvorrichtung 13 justiert Energie und Dichte eines Laserstrahls 3, um C⁶⁺-Ionen zu erzeugen und bestrahlt die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3, um das Laserablationsplasma 4 zu erzeugen. Zu dieser Zeit erzeugt der Ionenstrahl-Extraktor 18 einen Ionenstrahl 5 durch Extrahieren von Ionen, die im Laserablationsplasma 4 enthalten sind, aus dem Vakuumgefäß 1. Der Ionen-Detektor 9 detektiert unbeabsichtigt die Ionen im Vakuumgefäß 1 und gibt ein Detektionssignal 14 als Detektionsergebnis über ein Signalkabel nach außerhalb des Vakuumgefäßes 1 aus.
Wie oben beschrieben, ist es in der Ionenquelle 15 gemäß der ersten Ausführungsform, da der Ionen-Detektor 9 die unbeabsichtigten Ionen im Vakuumgefäß 1 detektiert und das Detektionssignal 14 ausgibt, möglich, die unbeabsichtigten Ionen normal zu überwachen, ohne den Betrieb der Ionenquelle 15 anzuhalten.
In der Ionenquelle 15 gemäß der ersten Ausführungsform, wenn der Wert des Detektionssignals 14, das aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegeben wird, größer als ein Schwellenwert ist, ist die Anzahl unbeabsichtigter Ionen nicht für den Normalbetrieb geeignet. Entsprechend ist es möglich, eine Gegenmaßnahme des Nichtextrahierens und Ausgebens anderer unbeabsichtigter Ionen als der beabsichtigten Ionen als einen Ionenstrahl aus dem Vakuumgefäß 1 unter Bezugnahme auf den Wert des Detektionssignals 14 zu ergreifen.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Lediglich Unterschiede einer Ionenquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gegenüber der ersten Ausführungsform werden untenstehend beschrieben. Dieselben wie in 1 gezeigten Elemente werden durch dieselben Bezugszeichen referenziert und hierin nicht besonders beschriebene Elemente sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen.
2 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch die Konfiguration einer Ionenquelle 15 gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert.
Die Ionenquelle 15 gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet ein Ionendetektorgehäuse 9a und ein Ionendetektions-Gatterventil 10.
Ein Ionendetektions-Durchgangsloch 1c, das für den Ionen-Detektor 9 verwendet wird, um Ionen zu detektieren, ist im Vakuumgefäß 1 ausgebildet, und eine Düse 1d ist angeordnet, um das Ionendetektions-Durchgangsloch 1c abzudecken. Ein Flansch 10a ist an einem Ende der Drücke 1d angeordnet.
Das Ionendetektorgehäuse 9a ist beispielsweise aus Edelstahl gebildet, ähnlich zum Vakuumgefäß 1 und ein Flansch 10b ist an einem Ende desselben vorgesehen. Das Ionendetektions-Gatterventil 10 ist zwischen Flansch 10a und Flansch 10b eingefügt und ist in der Lage, geöffnet und geschlossen zu werden. In einem Zustand, bei dem das Ionendetektor-Gatterventil 10 geöffnet ist, wird das Detektorgehäuse 9a zusammen mit dem Vakuumgefäß 1 evakuiert. Ein Ionen-Detektor 9 ist im Ionendetektorgehäuse 9a untergebracht.
Der Ionen-Detektor 9 detektiert unbeabsichtigte Ionen durch Anlegen eines elektrischen Felds und/oder eines Magnetfeldes an einem Teil, aus dem Laserablationsplasma 4 auf der Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1, und gibt ein Detektionssignal 14 über ein Signalkabel an die Außenseite des Ionendetektorgehäuses 9a als Detektionsergebnis aus.
In der Ionenquelle 15 gemäß der zweiten Ausführungsform, da der Ionen-Detektor 9 im Ionendetektorgehäuse 9a mit dem Vakuumgefäß 1 verbunden angeordnet ist, können das Vakuumgefäß 1 und das Ionendetektorgehäuse 9a voneinander in einem Zustand getrennt werden, bei dem das Ionendetektions-Gatterventil 10 geschlossen ist. Das heißt, dass es möglich ist, das Ionendetektorgehäuse 9a, das den Ionen-Detektor 9 aufnimmt, ohne Stoppen des Betriebs der Ionenquelle 15 anzubringen und abzunehmen.
In der Ionenquelle 15 gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Wartung des Ionen-Detektors 9 durchgeführt werden, wenn das Ionendetektorgehäuse 9a abgenommen ist. Entsprechend ist es möglich, die Wartungsfähigkeit des Ionen-Detektors 9 zu verbessern.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Nur Unterschiede einer Ionenquelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gegenüber den ersten und zweiten Ausführungsformen werden unten beschrieben. Dieselben Elemente wie jene, die in 1 gezeigt sind, werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und hier nicht besonders beschriebene Elemente sind die gleichen wie jene, die in den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben sind.
3 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch die Konfiguration einer Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform illustriert.
Die Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform beinhaltet eine erste Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11. Die erste Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 ist mit einem Ionen-Detektor 9 und einer Bestrahlungsvorrichtung 13 über Signalkabel verbunden. Die Bestrahlungsvorrichtung 13 bestrahlt die Oberfläche eines Ziels 2 in einem Vakuumgefäß 1 mit einem Laserstrahl 3 von außerhalb des Vakuumgefäßes 1 über ein Einfallfenster 1a, um ein Laserablationsplasma 4 in Reaktion auf ein Betriebsanweisungssignal 12a zu erzeugen. Die Bestrahlungsvorrichtung 13 stoppt die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 3 in Reaktion auf ein Stoppanweisungssignal 12b. Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 gibt das Betriebsanweisungssignal 12a an die Bestrahlungsvorrichtung 13 aus und gibt das Stoppanweisungssignal 12b an die Bestrahlungsvorrichtung 13 aus, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignal 14 größer als ein Schwellenwert ist.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 3 gezeigten Ionenquelle 15 illustriert.
Zuerst liefert eine Hochspannungsstromversorgung 16 eine Hochspannung an das Ziel 2. Eine Laserstromversorgung 13a der Bestrahlungsvorrichtung 13 liefert elektrischen Strom an einen Laseroszillator 13b. Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 gibt das Betriebsanweisungssignal 12a an den Laseroszillator 13b der Bestrahlungsvorrichtung 13 aus (Schritt S1).
Der Laseroszillator 13b erzeugt einen Laserstrahl 3 unter Verwendung von aus der Laserstromversorgung 13a geliefertem elektrischen Strom in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a. Eine Mehrzahl von Laserspiegeln 13c und 13d konzentrieren den Laserstrahl 3 durch Reflektion und bestrahlen die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl über das Einfallfenster 1a von außerhalb des Vakuumgefäßes 1. Das bedeutet, dass die Bestrahlungsvorrichtung 13 die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3 bestrahlt, um das Laserablationsplasma 4 in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a zu erzeugen (Schritt S2).
Zu dieser Zeit erzeugt ein Ionenstrahl-Extraktor 18 eine Ausfalldetektionsvorrichtung 5 durch Extraktion von in dem Laserablationsplasma 4 enthaltenen Ionen von innerhalb des Vakuumgefäßes 1 und gibt den erzeugten Ionenstrahl an eine externe Vorrichtung 29 aus.
Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 empfängt das Detektionssignal 14, das aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegeben ist (Schritt S3) und vergleicht den Wert des Detektionssignals 14 mit einem Schwellenwert (Schritt S4).
Wenn der Wert des Detektionssignals 14 nicht größer als der Schwellenwert ist (NEIN in Schritt S4), empfängt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das nächste Detektionssignal 14 und führt die Prozesse von Schritt S3 und dazu nachfolgender Schritte aus.
Wenn der Wert des Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist (JA in Schritt S4), gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das Stoppanweisungssignal 12b an den Laseroszillator 13b der Bestrahlungsvorrichtung 13 aus (Schritt S5).
Der Laseroszillator 13b stoppt die Erzeugung des Laserstrahls 3 in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b. Das heißt, dass die Bestrahlungsvorrichtung 13 die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 3 in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b stoppt (Schritt S6).
Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 gibt das Betriebsanweisungssignal 12a und das Stoppanweisungssignal 12b an den Laseroszillator 13b der Bestrahlungsvorrichtung 13 aus, kann aber die Signale an die Laserstromversorgung 13a der Bestrahlungsvorrichtung 13 ausgeben. Alternativ kann die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das Betriebsanweisungssignal 12a und das Stoppanweisungssignal 12b an die Laserstromversorgung 13a und/oder den Laseroszillator 13b der Bestrahlungsvorrichtung 13 ausgeben.
Wenn die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das Betriebsanweisungssignal 12a an die Laserstromversorgung 13a ausgibt, gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das Betriebsanweisungssignal 12a an die Laserstromversorgung 13a der Bestrahlungsvorrichtung 13 in Schritt S1 aus, und liefert die Laserstromversorgung 13a elektrischen Strom an den Laseroszillator 13b in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a in Schritt S2. Ähnlich gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das Stoppanweisungssignal 12b an die Laserstromversorgung 13a der Bestrahlungsvorrichtung 13 in Schritt S5 aus und stoppt die Laserstromversorgung 13a die Zufuhr elektrischen Stroms an den Laseroszillator 13b in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b in Schritt S6.
Wie oben beschrieben, ist es in der Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform, da die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 den Betrieb der Bestrahlungsvorrichtung 13 stoppt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist. Entsprechend ist es möglich, andere unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen daran zu hindern, aus dem Vakuumgefäß 1 extrahiert und als ein Ionenstrahl 5 ausgegeben zu werden.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Nur Unterschiede einer Ionenquelle gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung gegenüber der dritten Ausführungsform werden unten beschrieben. Dieselben Elemente, wie die in 1 und 3 gezeigten, werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und hier nicht besonders beschriebene Elemente sind die gleichen wie die in der dritten Ausführungsform beschriebenen.
5 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Konfiguration einer Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
Eine Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 ist mit einer Hochspannungsstromversorgung 16 anstelle der Bestrahlungsvorrichtung 13 über ein Signalkabel verbunden. Die Hochspannungsstromversorgung 16 liefert eine Hochspannung an ein Ziel 2 in Reaktion auf ein Betriebsanweisungssignal 12a und stoppt die Zufuhr der Spannung an das Ziel 2 in Reaktion auf ein Stoppanweisungssignal 12b. Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 gibt das Betriebsanweisungssignal 12a an die Hochspannungsstromversorgung 16 aus und gibt das Stoppanweisungssignal 12b an die Hochspannungsstromversorgung 16 aus, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als ein Schwellenwert ist.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 5 gezeigten Ionenquelle 15 illustriert.
Zuerst gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das Betriebsanweisungssignal 12a an die Hochspannungsstromversorgung 16 aus (Schritt S11).
Die Hochspannungsstromversorgung 16 liefert eine Hochspannung an das Ziel 2 in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a (Schritt S12).
Zu dieser Zeit bestrahlt die Bestrahlungsvorrichtung 13 die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit einem Laserstrahl 3, um ein Laserablationsplasma 4 zu erzeugen. Der Ionenstrahl-Extraktor 18 erzeugt einen Ionenstrahl 5 durch Extrahieren von im Laserablationsplasma 4 enthaltenen Ionen aus der Innenseite des Vakuumgefäßes 1 und gibt den erzeugten Ionenstrahl an eine externe Vorrichtung 29 aus.
Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 empfängt das aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebene Detektionssignal 14 (Schritt S13) und gibt das Stoppanweisungssignal 12b an die Hochspannungsstromversorgung 16 aus, wenn der Wert des Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist (JA in Schritt S14) (Schritt S15).
Die Hochspannungsstromversorgung 16 stoppt die Zufuhr der Spannung an das Ziel 2 in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b (Schritt S16).
Wie oben beschrieben, stoppt in der Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 den Betrieb der Hochspannungsstromversorgung 16, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist. Entsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass andere unbeabsichtigte Ionen als beabsichtigte Ionen aus dem Vakuumgefäß 1 extrahiert werden und als der Ausfalldetektionsvorrichtung 5 ausgegeben werden.
Hier kann die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 mit dem Ionen-Detektor 9, der Bestrahlungsvorrichtung 13 und der Hochspannungsstromversorgung 16 über Signalkabel verbunden sein. In diesem Fall ist der Betriebsablauf der Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 und der Bestrahlungsvorrichtung 13 der gleiche wie die Betriebsabläufe in der in 4 gezeigten dritten Ausführungsform und ist der Betriebsablauf der Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 und der Hochspannungsstromversorgung 16 der gleiche wie der Betriebsablauf in der in 6 gezeigten vierten Ausführungsform.
Die Ionenquelle 15 kann auf eine Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung angewendet werden. Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung wird zur Krebstherapie verwendet und ist eine Vorrichtung, die einen Ionenstrahl beschleunigt und einen Zielort mit einem beschleunigten Ionenstrahl als einem Schwerpartikelstrahl bestrahlt. Daher, wenn andere, unbeabsichtigte Ionen als beabsichtigte Ionen (C⁶⁺ Ionen) im Schwerpartikelstrahl enthalten sind, kann eine fehlerhafte Bestrahlung verursacht werden und diese ist für ein Bestrahlungsziel nicht erwünscht. In den nachfolgenden Anwendungsbeispielen wird die irrtümliche Bestrahlung mit einem Schwerpartikelstrahl verhindert.
ERSTES ANWENDUNGSBEISPIEL
Nur Unterschiede eines Anwendungsbeispiels der Ionenquelle 15 gegenüber den oben erwähnten Ausführungsformen wird unten beschrieben. Nicht hierin speziell beschriebene Elemente sind die gleichen wie jene, die in den oben erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind.
7 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration einer Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20, die die Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform einsetzt, als ein erstes Anwendungsbeispiel illustriert.
Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel beinhaltet eine Ionenquelle 15 und einen Ionenstrahlbeschleuniger 19, der die oben erwähnte externe Vorrichtung 29 ist. Die Ionenquelle 15 ist eine Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform (siehe 3 und 4). Der Ionenstrahlbeschleuniger 19 beschleunigt den Ionenstrahl 5 aus der Ionenquelle 15 und gibt einen Schwerpartikelstrahl 24 aus.
Der Ionenstrahlbeschleuniger 19 beinhaltet einen Funkfrequenz-Quadrupol-(RFQ)Linearbeschleuniger 19a, einen Driftrohr-Linearbeschleuniger (DTL) 19b und einen Ringbeschleuniger 19c.
Der RFQ-Linearbeschleuniger 19a beinhaltet vier Elektroden (nicht gezeigt), die mit dem Ausgang der Ionenquelle 15 verbunden sind und die ein elektrisches Quadrupolfeld unter Verwendung von Funkfrequenzwellen bilden. Der RFQ-Linearbeschleuniger 19a beschleunigt und konzentriert simultan den Ausfalldetektionsvorrichtung 5 aus dem Ionenstrahl-Extraktor 18 der Ionenquelle 15 unter Verwendung des elektrischen Quadrupolfelds.
Der DTL 19b ist mit dem Ausgang des RFQ-Linearbeschleunigers 19a verbunden. Der DTL 19b beinhaltet (nicht gezeigte) Elektroden, die ein elektrisches Feld längs einer Zentralachse unter Verwendung von Funkfrequenzwellen ausbilden, und ein Driftrohr (nicht gezeigt), die voneinander längs der Zentralachse getrennt sind. Der DTL 19b beschleunigt den Ausfalldetektionsvorrichtung 5 Schritt für Schritt durch Beschleunigen des Ionenstrahls 5 aus dem RFQ-Linearbeschleuniger 19a in einem Zeitraum, in welchem das elektrische Feld vorwärts zur Bewegungsrichtung parallel zur Zentralachse gerichtet ist, und durch Übertragen des Ionenstrahls 5 durch die Driftrohre in einem Zeit, in welchem das elektrische Feld rückwärts zur Bewegungsrichtung gerichtet ist.
Der Ringbeschleuniger 19c ist mit einem Ausgang des DTL 19b verbunden. Der Ringbeschleuniger 19c beinhaltet (nicht gezeigte) Elektroden, die ein elektrisches Feld längs eines peripheren Orbits unter Verwendung von Funkfrequenzwellen ausbilden. Der Ringbeschleuniger 19c beschleunigt peripher den Ionenstrahl 5 aus dem DTL 19b längs dem peripheren Orbit unter Verwendung des elektrischen Feldes und gibt den beschleunigten Ionenstrahl als einen Schwerpartikelstrahl 24 zum Bestrahlen eines Zielorts aus.
Der Betriebsablauf der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird unten beschrieben.
In der Ionenquelle 15 liefert die Hochspannungsstromversorgung 16 eine Hochspannung an das Ziel 2 (siehe 3) und gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 das Betriebsanweisungssignal 12a an die Bestrahlungsvorrichtung 13 aus (siehe 3 und Schritt S1 von 4). Die Bestrahlungsvorrichtung 13 bestrahlt die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3, um das Laserablationsplasma 4 zu erzeugen, in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a (siehe 3 und Schritt S2 von 4).
Zu dieser Zeit erzeugt der Ionenstrahl-Extraktor 18 der Ionenquelle 15 einen Ionenstrahl 5 durch Extrahieren von im Laserablationsplasma 4 enthaltenen Ionen aus dem Vakuumgefäß 1 (siehe 3) und gibt den erzeugten Ionenstrahl an den Ionenstrahlbeschleuniger 19 aus. Der Ionenstrahlbeschleuniger 19 beschleunigt den Ionenstrahl 5 aus der Ionenquelle 15 und gibt den beschleunigten Ionenstrahl als den Schwerpartikelstrahl 24 aus.
Wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 der Ionenquelle 15 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist, gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der Ionenquelle 15 das Stoppanweisungssignal 12b an die Bestrahlungsvorrichtung 13 aus (siehe 3 und Schritt S3 bis S5 von 4). Die Bestrahlungsvorrichtung 13 stoppt die Erzeugung des Laserstrahls 3 in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b (siehe 3 und Schritt S6 von 4).
Wie oben beschrieben, stoppt in der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel durch Einsetzen der Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 den Betrieb des Laserablationsplasma-Generators 27 (in diesem Fall die Bestrahlungsvorrichtung 13), wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektors 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist. Entsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen aus dem Vakuumgefäß 1 extrahiert und als ein Ionenstrahl 5 ausgegeben werden. Das heißt, dass es möglich ist, eine fehlerhafte Bestrahlung mit dem Schwerpartikelstrahl 24 zu verhindern.
Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel verwendet die Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform, ist aber nicht auf die dritte Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann die Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform (siehe 5 und 6) eingesetzt werden.
Wenn die Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform eingesetzt wird, gibt die Ionenquelle 15 das Betriebsanweisungssignal 12a aus der Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 an die Hochspannungsstromversorgung 16 aus (siehe 5 in Schritt S11 von 6). Die Hochspannungsstromversorgung 16 liefert eine Hochspannung an das Ziel 2 in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a (siehe 5 und Schritt S12 von 6).
Zu dieser Zeit bestrahlt die Bestrahlungsvorrichtung 13 der Ionenquelle 15 die Oberfläche des Ziels 1 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3, um das Laserablationsplasma 4 zu erzeugen (siehe 5). Der Ionenstrahl-Extraktor 18 der Ionenquelle 15 erzeugt den Ionenstrahl 5 durch Extrahieren der im Laserablationsplasma 4 enthaltenen Ionen aus dem Vakuumgefäß 1 (siehe 5) und gibt den erzeugten Ionenstrahl an den Ionenstrahlbeschleuniger 19 aus. Der Ionenstrahlbeschleuniger 19 beschleunigt den Ionenstrahl 5 aus der Ionenquelle 15 und gibt den beschleunigten Ionenstrahl als den Schwerpartikelstrahl 24 aus.
Wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignal 14 größer als der Schwellenwert ist, gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der Ionenquelle 15 das Stoppanweisungssignal 12b an die Hochspannungsstromversorgung 16 aus (siehe 5 und Schritte S13 bis S15 von 6). Die Hochspannungsstromversorgung 16 stoppt die Zufuhr der Spannung an das Ziel 2 in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b (siehe 5 und Schritt S16 von 6).
In der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem ersten Anwendungsbeispiel stoppt durch Einsetzen der Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 den Betrieb des Laserablationsplasma-Generators 27 (in diesem Fall die Hochspannungsstromversorgung 16), wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignal 14 größer als der Schwellenwert ist. Entsprechend ist es möglich, eine fehlerhafte Bestrahlung mit dem Schwerpartikelstrahl 24 zu verhindern.
ZWEITES ANWENDUNGSBEISPIEL
Lediglich Unterschiede eines Anwendungsbeispiels der Ionenquelle 15 gegenüber dem ersten Anwendungsbeispiel werden unten beschrieben. Dieselben Elemente wie die in 7 gezeigten werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und hier nicht speziell beschriebene Elemente sind die gleichen wie jene, die im ersten Anwendungsbeispiel beschrieben sind.
8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20, welche die Ionenquelle 15 einsetzt, gemäß der ersten Ausführungsform als ein zweites Anwendungsbeispiel illustriert.
Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel beinhaltet die Ionenquelle 15 (siehe 1) gemäß der ersten Ausführungsform, einen Ionenstrahlbeschleuniger 19 und ein Ausgabestopp-Gatterventil 21.
Das Ausgabestopp-Gatterventil 21 ist im Eingang (Ausgabe der Ionenquelle 15) des RFQ-Linearbeschleunigers 19a des Ionenstrahlbeschleuniger 19, dem Eingang des DTL 19b und/oder dem Eingang des Ringbeschleunigers 19c installiert. In 8 ist das Ausgabestopp-Gatterventil 21 zwischen dem Ausgang des DTL 19b des Ionenstrahlbeschleuniger 19 und dem Eingang des Ringbeschleunigers 19c angeordnet. Das Ausgabestopp-Gatterventil 21 wird geöffnet, um einen Ionenstrahl 5 in Reaktion auf ein Öffnungsanweisungssignal 23a auszugeben, und wird, in Reaktion auf ein Schließanweisungssignal 23b geschlossen, um die Ausgabe des Ionenstrahl 5 zu stoppen.
Eine Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 ist über Signalkabel mit dem Ionen-Detektor 9 und dem Ausgabestopp-Gatterventil 21 verbunden. Die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 gibt das Öffnungsanweisungssignal 23a an das Ausgabestopp-Gatterventil 21 aus und gibt das Schließanweisungssignal 23b an das Ausgabestopp-Gatterventil 21 aus, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist.
9 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 8 gezeigten Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 illustriert.
Zuerst gibt die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 das Öffnungsanweisungssignal 23a an das Ausgabestopp-Gatterventil 21 aus (Schritt S21). In Reaktion auf das Öffnungsanweisungssignal 23a wird das Ausgabestopp-Gatterventil 21 geöffnet (Schritt S22).
In der Ionenquelle 15 erzeugt der Laserablationsplasmagenerator 27 (die Bestrahlungsvorrichtung 13 und die Hochspannungsstromversorgung 16) das Laserablationsplasma 4 aus der Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 (siehe 1) und erzeugt der Ionenstrahl-Extraktor 18 den Ionenstrahl 5 durch Extrahieren der im Laserablationsplasma 4 aus dem Vakuumgefäß 1 enthaltenen Ionen (siehe 1) und gibt den erzeugten Ionenstrahl an den RFQ-Linearbeschleuniger 19a aus. Der RFQ-Linearbeschleuniger 19a beschleunigt und konzentriert den Ionenstrahl 5 aus dem Ionenstrahl-Extraktor 18 der Ionenquelle 15 und der DTL 19b beschleunigt den Ionenstrahl 5 Schritt für Schritt. Hier, da das Ausgabestopp-Gatterventil 21 geöffnet ist, wird der Ionenstrahl 5 aus dem DTL 19b an den Ringbeschleuniger 19c ausgegeben. Der Ringbeschleuniger 19c beschleunigt peripher den Ionenstrahl 5 aus dem DTL 19b und gibt den beschleunigten Ionenstrahl als den Schwerpartikelstrahl 24 aus.
Die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 empfängt das aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebene Detektionssignal 14 (Schritt S23) und vergleicht den Wert des Detektionssignals 14 mit einem Schwellenwert (Schritt S24).
Wenn der Wert des Detektionssignals 14 nicht größer als der Schwellenwert ist (NEIN in Schritt S24), ist die Anzahl anderer, unbeabsichtigter Ionen als beabsichtigter Ionen (C⁶⁺-Ionen) klein. In diesem Fall empfängt die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 das nächste Detektionssignal 14 und führt die Prozesse von Schritt S23 und der darauf nachfolgenden Schritte durch.
Wenn der Wert des Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist (JA in Schritt S24), ist die Anzahl unbeabsichtigter Ionen groß. In diesem Fall gibt die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 das Schließanweisungssignal 23b an das Ausgabestopp-Gatterventil 21 aus (Schritt S25).
Das Ausgabestopp-Gatterventil 21 wird in Reaktion auf das Schließanweisungssignal 23b geschlossen (Schritt S26).
Wie oben beschrieben, schließt in der Vibrationswellenform-Detektionseinheit 20 gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 das Ausgabestopp-Gatterventil 21, um die Ausgabe des Ionenstrahl 5 zu stoppen, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist. Entsprechend ist es möglich, andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen daran zu hindern, aus dem Vakuumgefäß 1 extrahiert und als der Ionenstrahl 5 ausgegeben zu werden. Das heißt, dass es möglich ist, eine fehlerhafte Bestrahlung mit dem Schwerpartikelstrahl 24 zu verhindern.
Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel verwendet die Ionenquelle 15 gemäß der ersten Ausführungsform, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Ionenquelle 15 (siehe 2) gemäß der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden. In der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel schließt durch Einsetzen der Ionenquelle 15 gemäß der zweiten Ausführungsform die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 das Ausgabestopp-Gatterventil 21, um die Ausgabe des Ionenstrahls 5 zu stoppen, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignal 14 größer als der Schwellenwert ist. Entsprechend ist es möglich, eine fehlerhafte Bestrahlung mit dem Schwerpartikelstrahl 24 zu verhindern.
Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel kann die Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform (siehe 3 und 4) oder die Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform (siehe 5 und 6) einsetzen. In der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel, welche die Ionenquelle 15 gemäß der dritten oder vierten Ausführungsform einsetzt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist, stoppt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 den Betrieb des Laserablationsplasmagenerators 27 (der Bestrahlungsvorrichtung 13 oder der Hochspannungsstromversorgung 16) und schließt die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 das Ausgabestopp-Gatterventil 21, um die Ausgabe des Ionenstrahls 5 zu stoppen. Entsprechend ist es möglich, weiter eine fehlerhafte Bestrahlung des Schwerpartikelstrahls 24 zu vermeiden, verglichen mit dem Fall, bei dem die Ionenquelle 15 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform eingesetzt wird.
In der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, welche die Ionenquelle 15 gemäß der dritten oder vierten Ausführungsform einsetzt, kann die Ausgabestoppsignalverarbeitungsschaltung 22 getrennt von der Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 angeordnet sein, wie oben beschrieben, oder kann mit der Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 vereint sein.
DRITTES ANWENDUNGSBEISPIEL
Nur Differenzen eines Anwendungsbeispiels der Ionenquelle 15 gegenüber dem ersten Anwendungsbeispiel werden unten beschrieben. Nicht hierin besonders beschriebene Elemente sind die gleichen wie jene, die im ersten Anwendungsbeispiel beschrieben sind.
10 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20, die die Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform einsetzt, als ein drittes Anwendungsbeispiel illustriert.
Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 beinhaltet eine erste Ionenquelle 15a, eine zweite Ionenquelle 15b, einen Ionenstrahlbeschleuniger 19 und eine Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25. Die erste Ionenquelle 15a und die zweite Ionenquelle 15b sind dieselben wie die Ionenquelle 15 (siehe 3 und 4) gemäß der dritten Ausführungsform.
Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a gibt das Betriebsanweisungssignal 12a an die Bestrahlungsvorrichtung 13 (siehe 3) der ersten Ionenquelle 15a in Reaktion auf ein erstes Steuersignal 26a aus und gibt das Stoppanweisungssignal 12b an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der ersten Ionenquelle 15a in Reaktion auf ein zweites Steuersignal 26b aus. Ähnlich gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b das Betriebsanweisungssignal 12a an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der zweiten Ionenquelle 15b in Reaktion auf das erste Steuersignal 26a aus und gibt das Stoppanweisungssignal 12b an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der zweiten Ionenquelle 15b in Reaktion auf das zweite Steuersignal 26b aus.
Die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 ist mit den Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltungen 11 der ersten Ionenquelle 15a und der zweiten Ionenquelle 15b über Signalkabel verbunden. Die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 steuert die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltungen 11 der Ionenquellen 15a und 15b unter Verwendung des ersten Steuersignals 26a und des zweiten Steuersignals 26b, um so die Ionenquelle, die zu betreiben ist, auf die erste Ionenquelle 15a oder die zweite Ionenquelle 15b zu schalten. Der Ionenstrahlbeschleuniger 19 beschleunigt den Ionenstrahl 5 aus dem ersten Ionenquelle 15a oder der zweiten Ionenquelle 15b und gibt den beschleunigten Ionenstrahl als den Schwerpartikelstrom 24 zum Bestrahlen eines Zielorts aus.
11 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 10 gezeigten Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 illustriert.
Ein Beispiel dafür, wo die erste Ionenquelle 15a betrieben wird und der Betrieb der zweiten Ionenquelle 15b gestoppt ist, wird unten beschrieben. Die Hochspannungsstromversorgungen 16 der Ionenquellen 15a und 15b liefern eine Hochspannung an das Ziel 2 (siehe 3).
Die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 gibt das erste Steuersignal 26a an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a aus (Schritt S31) und gibt das zweite Schaltsignal 26b an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b aus (Schritt S32).
Zu dieser Zeit gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a das Betriebsanweisungssignal 12a an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der ersten Ionenquelle 15a in Reaktion auf das erste Steuersignal 26a aus (Schritt S33) und gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b das Stoppanweisungssignal 12b an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der zweiten Ionenquelle 15b in Reaktion auf das zweite Steuersignal 26b aus (Schritt S34).
Im Schritt S33 bestrahlt die Bestrahlungsvorrichtung 13 der ersten Ionenquelle 15a die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit einem Laserstrahl 3, um das Laserablationsplasma 4 in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a zu erzeugen (siehe 3 und Schritt S2 von 4). Der Ionenstrahl-Extraktor 18 der ersten Ionenquelle 15a erzeugt einen Ionenstrahl 5 durch Extrahieren von im Laserablationsplasma 4 aus dem Vakuumgefäß 1 enthaltenen Ionen (siehe 3) und gibt den Ionenstrahl an den Ionenstrahlbeschleuniger 19 aus. Der Ionenstrahlbeschleuniger 19 beschleunigt den Ionenstrahl 5 aus der Ionenquelle 15 und gibt den beschleunigten Ionenstrahl als den Schwerpartikelstrahl aus.
Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a empfängt das aus dem Ionen-Detektor 9 der ersten Ionenquelle 15a ausgegebene Detektionssignal 14 (Schritt S35) und vergleicht den Wert des Detektionssignals 14 mit einem Schwellenwert (Schritt S36).
Wenn der Wert des Detektionssignals 14 größer als der Schwellenwert ist (JA in Schritt S36), gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a ein Schaltanforderungssignal 28, welches das Vergleichsergebnis repräsentiert, an die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 aus (Schritt S37).
Wenn das Schaltanforderungssignal 28 aus der Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a empfangen wird, erkennt die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25, dass der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegeben Detektionssignal 14 der ersten Ionenquelle 15a größer ist als der Schwellenwert, gibt das zweite Steuersignal 26b an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a aus (Schritt S38) und gibt das erste Steuersignal 26a an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b aus (Schritt S39).
Zu dieser Zeit gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a das Stoppanweisungssignal 12b an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der ersten Ionenquelle 15a in Reaktion auf das zweite Steuersignal 26b aus (Schritt S40) und gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b das Betriebsanweisungssignal 12a an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der zweiten Ionenquelle 15b in Reaktion auf das erste Steuersignal 26a aus (Schritt S41).
Im Schritt S40 stoppt die Bestrahlungsvorrichtung 13 der ersten Ionenquelle 15a die Erzeugung des Laserstrahls 3 in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b. Das heißt, dass der Betrieb der ersten Ionenquelle 15a gestoppt wird (siehe 3 und Schritt S6 von 4). In Schritt S41 bestrahlt die Bestrahlungsvorrichtung 13 der zweiten Ionenquelle 15b die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3, um das Laserablationsplasma 4 zu erzeugen, in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a. Das heißt, dass die zweite Ionenquelle 15b betrieben wird (siehe 3 und Schritt S2 von 4).
Danach werden die erste Ionenquelle 15a und die zweite Ionenquelle 15b abwechselnd betrieben.
Wie oben beschrieben, schaltet in der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem dritten Anwendungsbeispiel durch Einsetzen der Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 von der ersten Ionenquelle 15a zur zweiten Ionenquelle 15b um, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 der ersten Ionenquelle 15a größer ist als der Schwellenwert. Entsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen aus dem Vakuumgefäß 1 extrahiert werden und als der Ionenstrahl 5 ausgegeben werden. Das heißt, dass es möglich ist, eine fehlerhafte Bestrahlung mit dem Schwerpartikelstrahl 24 zu verhindern.
In der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem dritten Anwendungsbeispiel, da die erste Ionenquelle 15a und die zweite Ionenquelle 15b abwechselnd betrieben werden, ist es möglich, die Bestrahlung des Zielorts mit dem Schwerpartikelstrahl 24 fortzusetzen.
Die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem dritten Anwendungsbeispiel verwendet die Ionenquelle 15 gemäß der dritten Ausführungsform, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform (siehe 5 und 6) eingesetzt werden. Ein Beispiel, bei dem die erste Ionenquelle 15a betrieben wird und der Betrieb der zweiten Ionenquelle 15b gestoppt ist, wenn die Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform eingesetzt wird, wird unten beschrieben.
Die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 gibt das erste Steuersignal 26a an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a aus (Schritt S31) und gibt das zweite Steuersignal 26b an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b aus (Schritt S32).
Die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a gibt das Betriebsanweisungssignal 12a an die Hochspannungsstromversorgung 16 der ersten Ionenquelle 15a in Reaktion auf das erste Steuersignal 26a aus (Schritt S33), und die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b gibt das Stoppanweisungssignal 12b an die Hochspannungsstromversorgung 16 der zweiten Ionenquelle 15b in Reaktion auf das zweite Steuersignal 26b aus (Schritt S34).
Im Schritt S33 liefert die Hochspannungsstromversorgung 16 der ersten Ionenquelle 15a eine Hochspannung an das Ziel 2 in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a (siehe 5 in Schritt S12 von 6). Zu dieser Zeit bestrahlt die Bestrahlungsvorrichtung 13 der ersten Ionenquelle 15a die Oberfläche des Ziels 2 im Vakuumgefäß 1 mit dem Laserstrahl 3, um das Laserablationsplasma 4 zu erzeugen (siehe 5). Der Ionenstrahl-Extraktor 18 der ersten Ionenquelle 15a erzeugt einen Ionenstrahl 5 durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma 4 aus dem Vakuumgefäß 1 enthaltenen Ionen (siehe 5) und gibt den erzeugten Ionenstrahl an den Ionenstrahlbeschleuniger 19 aus. Der Ionenstrahlbeschleuniger 19 beschleunigt den Ionenstrahl 5 aus der Ionenquelle 15 und gibt den beschleunigten Ionenstrahl als den Schwerpartikelstrahl 24 aus.
Wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 ausgegebenen Detektionssignals 14 der ersten Ionenquelle 15a größer als der Schwellenwert ist, gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a das Schaltanforderungssignal 28 an die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 aus und gibt die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 das zweite Steuersignal 26b an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a aus und gibt das erste Steuersignal 26a an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b aus, in Reaktion auf das Schaltanforderungssignal 28 (Schritte S35 bis S39).
Zu dieser Zeit gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der ersten Ionenquelle 15a das Stoppanweisungssignal 12b an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der ersten Ionenquelle 15a in Reaktion auf das zweite Steuersignal 26b aus (Schritt S40) und gibt die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung 11 der zweiten Ionenquelle 15b das Betriebsanweisungssignal 12a an die Bestrahlungsvorrichtung 13 der zweiten Ionenquelle 15b in Reaktion auf das erste Steuersignal 26a aus (Schritt S41).
Im Schritt S40 stoppt die Hochspannungsstromversorgung 16 der ersten Ionenquelle 15a die Zufuhr von Spannung an das Ziel 2 in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal 12b. Das heißt, dass der Betrieb der ersten Ionenquelle 15a gestoppt wird (siehe 5 von Schritt S16 von 6). Im Schritt S41 liefert die Hochspannungsstromversorgung 16 der zweiten Ionenquelle 15b eine Hochspannung an das Ziel 2 in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal 12a. Das heißt, dass die zweite Ionenquelle 15b betrieben wird (siehe 5 und Schritt S12 von 6).
Danach werden die erste Ionenquelle 15a und die zweite Ionenquelle 15b abwechselnd betrieben.
In der Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 20 gemäß dem dritten Anwendungsbeispiel, welches die Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform einsetzt, schaltet die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung 25 von der ersten Ionenquelle 15a zur zweiten Ionenquelle 15b um, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor 9 der ersten Ionenquelle 15a ausgegebenen Detektionssignals größer als der Schwellenwert ist. Entsprechend ist es möglich, eine fehlerhafte Bestrahlung mit dem Schwerpartikelstrahl 24 zu verhindern. Wenn die Ionenquelle 15 gemäß der vierten Ausführungsform eingesetzt wird, werden die erste Ionenquelle 15a und die zweite Ionenquelle 15b abwechselnd betrieben und es ist damit möglich, die Bestrahlung des Zielorts mit dem Schwerpartikelstrahl 24 fortzusetzen.
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Während obenstehend verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, sollen diese Ausführungsformen nur zur Exemplifizierung dienen, es ist aber nicht beabsichtigt, dass sie den Schutzumfang der Erfindung beschränken. Diese Ausführungsformen können in verschiedenen Formen modifiziert werden und Merkmale können weggelassen, ersetzt oder kombiniert derselben werden, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen. Diese Ausführungsformen und Modifikationen gehören zum Schutzumfang oder Konzept der Erfindung und gehören zur in den anhängigen Ansprüchen und deren äquivalentem Schutzumfang beschriebenen Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3713524 [0003]
JP 2009-37764 [0003]

Claims

Ionenquelle (15), umfassend: einen Laserablationsplasma-Generator (27), der ein Laserablationsplasma (4) aus einem Ziel (2) in einem Vakuumgefäß (1) erzeugt; einen Ionenstrahlextraktor (18), der einen Ionenstrahl (5) durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma (4) aus dem Vakuumgefäß (1) enthaltenen Ionen erzeugt; und einen Ionendetektor (9), der andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen detektiert, die durch Ionisieren von Elementen des Ziels (2) erhalten werden, aus Ionen im Vakuumgefäß (1), und der ein Detektionssignal, das einen Wert repräsentiert, der eine Anzahl von unbeabsichtigten Ionen, oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis ausgibt.
Ionenquelle (15) gemäß Anspruch 1, wobei der Ionen-Detektor (9) die unbeabsichtigten Ionen durch Anlegen eines elektrischen Feldes und/oder eines Magnetfeldes an einen Teil einer Oberfläche des Ziels (2), aus dem das Laserablationsplasma (4) erzeugt wird, detektiert, und das Detektionssignal als das Detektionsergebnis ausgibt.
Ionenquelle (15) gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend: ein Ionendetektorgehäuse (9a), das mit dem Vakuumgefäß (1), das den Ionen-Detektor (9) aufnimmt, verbunden ist; und ein Ionendetektions-Gatterventil (10), das zwischen dem Vakuumgefäß (1) und dem Ionendetektorgehäuse (9a) angeordnet ist und das in der Lage ist, geöffnet und geschlossen zu werden.
Ionenquelle (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, weiter umfassend eine Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11), die ein Betriebsanweisungssignal (12a) an den Laserablationsgenerator (27) ausgibt und ein Stoppanweisungssignal (12b) an den Laserablationsgenerator (27) ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals größer als ein Schwellenwert ist, wobei der Laserablationsgenerator (27) das Laserablationsplasma (4) in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal (12a) erzeugt und die Erzeugung des Laserablationsplasmas (4) in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal (12b) stoppt.
Ionenquelle (15) gemäß Anspruch 4, wobei der Laserablationsgenerator (27) eine Bestrahlungsvorrichtung (13), welche eine Oberfläche des Ziels (2) in dem Vakuumgefäß (1) mit einem Laserstrahl (3) in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal (12a) bestrahlt, um das Laserablationsplasma (4) zu erzeugen, und Bestrahlung mit dem Laserstrahl (3) in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal (12b) stoppt, und wobei die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) das Betriebsanweisungssignal (12a) an die Bestrahlungsvorrichtung (13) ausgibt und das Stoppanweisungssignal (12b) an die Bestrahlungsvorrichtung (13) ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals größer als der Schwellenwert ist.
Ionenquelle (15) gemäß Anspruch 5, wobei die Bestrahlungsvorrichtung (13) beinhaltet eine Laserstromversorgung (13a), die elektrischen Strom zuführt, einen Laseroszillator (13b), der den Laserstrahl (3) unter Verwendung des aus der Laserstromversorgung (13a) zugeführten elektrischen Stroms erzeugt, und eine Mehrzahl von Laserspiegeln (13c, 13d), welche den Laserstrahl (3) durch Reflektion konzentrieren und die Oberfläche des Ziels (2) im Vakuumgefäß (1) mit dem konzentrierten Laserstrahl (3) bestrahlen, und wobei die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) das Betriebsanweisungssignal (12a) an die Laserstromversorgung (13a) und/oder den Laseroszillator (13b) der Bestrahlungsvorrichtung (13) ausgibt und das Stoppanweisungssignal (12b) an die Laserstromversorgung (13a) und/oder den Laseroszillator (13b) der Bestrahlungsvorrichtung (13) ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals größer als der Schwellenwert ist.
Ionenquelle (15) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Laserablationsgenerator (27) eine Hochspannungsstromversorgung (16) beinhaltet, die eine Spannung an das Ziel (2) im Vakuumgefäß (1) in Reaktion auf das Betriebsanweisungssignal (12a) liefert und die Zufuhr der Spannung an das Ziel (2) in Reaktion auf das Stoppanweisungssignal (12b) stoppt, wobei die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) das Betriebsanweisungssignal (12a) an die Hochspannungsstromversorgung (16) ausgibt und das Stoppanweisungssignal (12b) an die Hochspannungsstromversorgung (16) ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals größer als der Schwellenwert ist.
Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (20), umfassend: zumindest eine Ionenquelle (15); und einen Ionenstrahl-Beschleuniger (19), der einen Ionenstrahl (5) aus der zumindest einen Ionenquelle (15) beschleunigt und einen beschleunigten Ionenstrahl als einen Schwerpartikelstrahl (24) ausgibt, um einen Zielort zu bestrahlen, wobei jede der zumindest einen Ionenquelle (15) beinhaltet: einen Laserablationsplasma-Generator (27), der Laserablationsplasma (4) aus einem Ziel (2) in einem Vakuumgefäß (1) in Reaktion auf ein Betriebsanweisungssignal (12a) erzeugt und die Erzeugung des Laserablationsplasmas (4) in Reaktion auf ein Stoppanweisungssignal (12b) stoppt, einen Ionenstrahl-Extraktor (18), der einen Ionenstrahl (5) durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma (4) aus dem Vakuumgefäß (1) enthaltenen Ionen erzeugt, einen Ionendetektor (9), der andere, unbeabsichtigte Ionen als beabsichtigte Ionen, die durch das Ionisieren von Elementen des Ziels (2) erhalten werden, von den Ionen im Vakuumgefäß (1) detektiert, und ein einen Wert repräsentierendes Detektionssignal ausgibt, der eine Anzahl der unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis, und eine Betriebssteuersignalverarbeitungsschaltung (11), welche das Betriebsanweisungssignal (12a) an den zumindest einen Laserablationsplasma-Generator (27) ausgibt und das Stoppanweisungssignal (12b) an den zumindest einen Laserablationsplasma-Generator (27) ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals größer als ein Schwellenwert ist.
Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (20) gemäß Anspruch 8, wobei die zumindest eine Ionenquelle erste und zweite Ionenquellen (15a, 15b) beinhaltet, und die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (20) weiter eine Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung (25), welche die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) der ersten und zweiten Ionenquellen (15a, 15b) steuert, um die Ionenquellen (15a, 15b) zu schalten, um selektiv eine der ersten und zweiten Ionenquellen (15a, 15b) zu betreiben, umfasst.
Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (20) gemäß Anspruch (9), wobei die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltungen (11) der ersten und zweiten Ionenquellen (15a, 15b) das Betriebsanweisungssignal (12a) an den Laserablationsgenerator (27) in Reaktion auf ein erstes Steuersignal (26a) ausgeben und das Stoppanweisungssignal (12b) an den Laserablationsgenerator (27) in Reaktion auf ein zweites Steuersignal (26b) ausgeben, wobei die Betriebsschaltsignal-Verarbeitungsschaltung (25): das erste Steuersignal (26a) an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) der ersten Ionenquelle (15a) ausgibt und das zweite Steuersignal (26b) an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) der zweiten Ionenquelle (15b) ausgibt, und das zweite Steuersignal (26b) an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) der ersten Ionenquelle (15a) ausgibt und das erste Steuersignal (26a) an die Betriebssteuersignal-Verarbeitungsschaltung (11) der zweiten Ionenquelle (15b) ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals der ersten Ionenquelle (15a) größer als der Schwellenwert ist.
Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (20), umfassend: eine Ionenquelle (15); und einen Ionenstrahl-Beschleuniger (19), der einen Ionenstrahl (5) aus der Ionenquelle (15) beschleunigt und einen beschleunigten Ionenstrahl als einen Schwerpartikelstrahl (24) ausgibt, um einen Zielort zu bestrahlen, wobei die Ionenquelle (15) beinhaltet: einen Laserablationsplasma-Generator (27), der Laserablationsplasma (4) aus einem Ziel (2) in einem Vakuumgefäß (1) erzeugt, einen Ionenstrahl-Extraktor (18), der den Ionenstrahl (5) durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma (4) aus dem Vakuumgefäß (1) enthaltenen Ionen erzeugt, und einen Ionen-Detektor (9), der andere, nicht beabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen, die durch Ionisieren von Elementen des Ziels (2) erhalten werden, von Ionen im Vakuumgefäß (1) detektiert und ein einen Wert repräsentierendes Detektionssignal ausgibt, der eine Anzahl unbeabsichtigter Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis, und wobei die Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (20) weiter umfasst: ein Ausgabestopp-Gatterventil (21), das den Ionenstrahl (5) in Reaktion auf ein Öffnungsanweisungssignal (23a) ausgibt und die Ausgabe des Ionenstrahls (5) in Reaktion auf ein Schließanweisungssignal (23b) stoppt, und eine Ausgabestoppsignal-Verarbeitungsschaltung, die das Öffnungsanweisungssignal (23a) an das Ausgabestopp-Gatterventil (21) ausgibt und das Schließanweisungssignal (23b) an das Ausgabestopp-Gatterventil (21) ausgibt, wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals größer als ein Schwellenwert ist.
Ionenstrahl-Antriebsverfahren, welches umfasst Schritte des: Erzeugen eines Laserablationsplasmas (4) aus einem Ziel (2) in einem Vakuumgefäß (1); Erzeugen eines Ionenstrahls (5) durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma (4) aus dem Vakuumgefäß (1) enthaltenen Ionen; und Veranlassen eines Ionen-Detektors (9), andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen, welche durch Ionisieren von Elementen des Ziels (2) erhalten werden, aus den Ionen des Vakuumgefäßes (1) zu detektieren und ein Detektionssignal, das einen Wert repräsentiert, der eine Anzahl von unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, als ein Detektionsergebnis auszugeben.
Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsverfahren, welches umfasst Schritte des: Erzeugens eines Laserablationsplasmas (4) aus einem Ziel (2) in einem Vakuumgefäß (1); Erzeugen eines Ionenstrahls (5) durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma (4) aus dem Vakuumgefäß (1) enthaltenen Ionen; Beschleunigen des Ionenstrahls (5) und Ausgeben eines beschleunigten Ionenstrahls als einen Schwerpartikelstrahl (24) zum Bestrahlen eines Zielorts; Veranlassen eines Ionen-Detektors (9), andere, unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen, die durch Ionisieren von Elementen des Zieles (2) erhalten werden, aus den Ionen im Vakuumgefäß (1) zu detektieren, und ein, einen Wert, der eine Anzahl von unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, repräsentierendes Detektionssignal als ein Detektionsergebnis auszugeben; und Stoppen der Erzeugung des Laserablationsplasmas (4), wenn der Wert des aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegebenen Detektionssignals größer als ein Schwellenwert ist.
Schwerpartikelstrahl-Bestrahlungsverfahren, welches umfasst Schritte des: Erzeugens von Laserablationsplasma (4) aus einem Ziel (2) in einem Vakuumgefäß (1); Erzeugen eines Ionenstrahls (5) durch Extrahieren von in dem Laserablationsplasma (4) aus dem Vakuumgefäß (1) enthaltenen Ionen; Ausgeben des Ionenstrahls (5); Beschleunigen des Ionenstrahls (5) und Ausgeben eines beschleunigten Ionenstrahls als einen Schwerpartikelstrahl (24), um einen Zielort zu bestrahlen; Veranlassen eines Ionen-Detektors (9), andere unbeabsichtigte Ionen als die beabsichtigten Ionen zu detektieren, die durch Ionisieren von Elementen des Ziels (2) erhalten werden, aus Ionen im Vakuumgefäß (1), und ein, einen Wert, der eine Anzahl der unbeabsichtigten Ionen oder ein Mischverhältnis der unbeabsichtigten Ionen zu den beabsichtigten Ionen ist, repräsentierendes Detektionssignal als ein Detektionsergebnis auszugeben; und Stoppen der Ausgabe des Ionenstrahls, wenn der Wert des Detektionssignals, das aus dem Ionen-Detektor (9) ausgegeben wird, größer als ein Schwellenwert ist.