DE2706792A1

DE2706792A1 - Einrichtung zum abtasten eines ziels mit einem strahl von geladenen teilchen

Info

Publication number: DE2706792A1
Application number: DE19772706792
Authority: DE
Inventors: Guy Azam; Claude Perraudin
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1976-02-17
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1977-08-18
Also published as: FR2341922B1; FR2341922A1; GB1570314A; CA1073561A; US4110623A; JPS52100255A

Description

C.G.R. MeV 17. Februar 1977

Route de Guyancourt

78530 BUC / Frankreich

Unser Zeichen; C 3123

Einrichtung zum Abtasten eines Ziels mit einem Strahl von geladenen Teilchen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abtasten eines Ziels mit einem Strahl von geladenen Teilchen, die gestattet, in vorbestimmter Weise die Bestrahlungsdosis zu beeinflussen, die von dem Ziel empfangen wird, das eine bestimmte Position und bestimmte Abmessungen hat.

Man erhält einen Abtaststrahl, indem ein Strahl von geladenen Teilchen der Wirkung eines elektrischen

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Feldes oder eines magnetischen Feldes mit in Abhängigkeit von der Zeit veränderlicher Amplitude ausgesetzt wird, wobei diese Änderungen im allgemeinen periodisch sind (zum Beispiel ein sinusförmiges Wechselfeld oder ein Feld mit sägezahnförmigen Änderungen). Wenn der Teilchenstrahl einem Magnetfeld ausgesetzt ist, das von einem zweipoligen Elektromagneten erzeugt wird, erfolgt die Abtastung auf einer Geraden. Wenn dagegen der Elektromagnet ein Quadrupol ist, kann der Strahl eine Fläche abtasten. Es sei angemerkt, daß die von dem Teilchenstrahl am Eingang des Quadrupole in bezug auf dessen Achse eingenommene Position die Verteilung des Wertes der von dem Ziel empfangenen Bestrahlungsdosis festlegt. Eine Dezentrierung des Strahls an dem Eingang des Ablenkquadrupols bewirkt nämlich eine Modulation der Dosisdichte von einem Rand des Ziels zu dem anderen, wenn dieses Ziel senkrecht zu der Achse des Quadrupole und in bezug auf denselben mittig angeordnet ist.

Es ist somit möglich, in vorbestimmter Weise die durch ein Ziel empfangene Bestrahlungsdosis zu modulieren, indem der Strahl an dem Eingang des Ablenkquadrupols dezentriert wird.

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung zum Abtasten eines Ziels mit einem Strahl von geladenen Teilchen, der eine mittlere Bahn mit einer Achse

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ZZ an dem Eingang der Einrichtung hat, die ein mehrpoliges magnetisches Hauptablenksystem mit der Achse ZZ aufweist, dessen Polschuhe Wicklungen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein sekundäres mehrpoliges Magnetsystem mit der Achse ZZ dem Hauptablenksystem vorgeschaltet ist und den Strahl vor seinem Eintritt in das Hauptablenksystem abzulenken gestattet, und daß Schaltungen vorgesehen sind, mittels welchen an jede der Wicklungen, die den Polschuhen des mehrpoligen Hauptablenksystems und des mehrpoligen sekundären Ablenksystems zugeordnet sind, elektrische Signale mit vorbestimmten Kenndaten anlegbar sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

die Fig. 1 und 2 die Abtastdarstellung eines

zentrierten Strahls und eines in bezug auf die Achse ZZ eines herkömmlichen Ablenksystems dezentrierten Strahls sowie die Änderung der Bestrahlungsdosis, die mit dem einen und mit dem anderen dieser Strahlen auf einem Ziel erhalten wird, welches senkrecht zu der Achse des Ablenksystems angeordnet ist,

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Fig. 3 im Schnitt ein Ausführungs-

beispiel einer Abtasteinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 schematisch Schaltungen zur

Versorgung des Hauptquadrupols und des sekundären Quadrupols der Abtasteinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 ein Beispiel von zwei elektri

schen Signalen, die gleichzeitig angelegt werden können, und zwar das eine an die Wicklungen des Hauptquadrupols und das andere an die Wicklungen des sekundären Quadrupole,

Fig. 6 zeigt die Änderung der Bestrah

lungsdosis, die auf dem Ziel erhalten wird, wenn elektrische Signale der in Fig. 5 dargestellten Art benutzt werden,

die Fig. 7 und 9 zwei weitere Paare von Signalen,

die an den Hauptquadrupol und den sekundären Quadrupol angelegt werden können, und die

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Fig. 8 und 10 die Bestrahlungsdosismodulationen, die mit den in Fig. 7 und 9 gezeigten Signalen erhalten werden.

Fig. 1 zeigt eine Quelle S geladener Teilchen, die einen Teilchenstrahl F emittiert, der der Wirkung eines veränderlichen Magnetfeldes ausgesetzt ist, welches zwischen des Polschuhen A und B eines Elektromagneten erzeugt wird. Diese Polschuhe sind Wicklungen a bzw. b zugeordnet, welche mit einer Spannungsquelle V verbunden sind, die ein Signal mit vorbestimmter Form liefert.

Wenn der Strahl F in der Achse ZZ der Abtasteinrichtung zentriert ist, kann er ein Ziel K, das senkrecht zu der Achse ZZ angeordnet ist, auf einer Geraden XX abtasten, wobei die Verteilung der Bestrahlungsdosisdichte im wesentlichen konstant ist. Wenn an dem Eingang des Abtastsystems der Strahl F in bezug auf die Achse ZZ dezentriert ist, wird die Verteilung der Dichte auf der Geraden XX moduliert, wobei diese Modulation von der Abweichung des Strahls F von der Zentrierungslage abhängig ist.

Der Abtaststrahl, der mit einem Strahl F erhalten wird, welcher in der Achse ZZ zentriert ist, ist in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt, während der Abtaststrahl, der mit einem dezentrierten Strahl erhalten wird, mit gestrichelten Linien dargestellt ist

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(Strahlen u bzw. v).

Fig. 2 zeigt die Dichteverteilung d und d , die auf dem Ziel K für jeden der Strahlen u und ν erhalten wird.

Wenn der Strahl F eine Dezentrierung aufweist, die zu der oben angegebenen symmetrisch ist, wird sich eine Dichteverteilung d ergeben, die zu der Dichte-

Vr

verteilung d symmetrisch ist.

Die Abtasteinrichtung nach der Erfindung, die in Fig. 3 im Schnitt gezeigt ist, gestattet, eine vorbestimmte Modulation der durch das Ziel K empfangenen Bestrahlungsdichte vorzunehmen, indem eine im Wert veränderliche Dezentrierung des Bestrahlungsstrahls verursacht wird, bevor er den eigentlichen Ablenksignalen ausgesetzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Abtasteinrichtung nach der Erfindung ein Hauptablenksystem Q, mit vier Polschuhen A₁, B., C₁ und D₁, die mit Wicklungen a. bzw. b.. bzw. C, bzw. d. versehen sind, welche paarweise (a,, b- und C,, d₁ ) mittels einer Spannungsquelle V gespeist werden. Diesem Hauptquadrupol Q. ist ein sekundäres Magnetsystem Q« mit vier Polschuhen A_, B₂, C₂, D. zugeordnet, welche mit Wicklungen a« bzw. b» bzw. c« bzw. d₂ versehen sind (wobei in Fig. 3 lediglich die Polschuhe A₁, B. und A., B₂ mit ihren Wicklungen a., b. bzw. a., b. sichtbar sind).Ein Beispiel des

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Versorgungssystems dieser Wicklungen a., b₁; c. , d. und a_, b_; c_, d~ ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Dieses Versorgungssystem enthält eine SteuerSpannungsquelle V , welcher zugeordnet sind:

- ein Generator G₁ für den Kanal X₁ des Haupt-

Xl

quadrupole Q₁, wobei der Kanal X, den Polschuhen A- und B- entspricht, die auf der Achse X₁X₁ des Quadrupole Q₁ angeordnet sind,

- ein Generator G-, der den Polschuhen C.und D₁ zugeordnet ist (für den Kanal Y₁, der auf der Achse Y-Y₁ des Hauptquadrupols Q angeordnet ist),

- zwei Verstärker*A^₁ und Αγ.,

- ein Generator G „, der dem Polschuhpaar A-, B_ zugeordnet ist, welches dem Kanal X_ entspricht, der auf der Achse X~X~ des sekundären Quadrupole Q_ angeordnet ist,

- ein Generator G_Y?, der dem Polschuhpaar C„, D zugeordnet ist, das dem Kanal Y₂ entspricht, der auf der Achse Y₉Y₇ des sekundären Quadrupole Q~ angeordnet ist, und

- zwei Verstärker A^ und

Im Betrieb erzeugen die beiden Generatoren G^₁ und Gy- zwei Signale S_x-. und S_Y- (beispielsweise Sägezahnsignale), deren Amplituden proportional zu der Steuerspannung V sind. Die Schwingungsperioden der Kanäle X. und Y. können unterschiedlich sein und in einem bestimmten Verhältnis stehen. Die Sig-

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nale S„.. und S_yl werden an die Wicklungen a.., b^ bzw. C,, d. angelegt, nachdem sie durch die Verstärker /l.. und Ay₁ verstärkt worden sind. Gleichzeitig erzeugen die Generatoren G_x„ und G_v- zwei Signale S_vo und S_v0 (beispielsweise Rechtecksignale), die nach Verstärkung in den Verstärkern A^_ und Ay₇ an die Wicklungen a_, b_ bzw. c-, rides sekundären Quadrupole O_ angelegt werden. Fig. 5 zeigt als nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel Signale S_xl und S_x-, die an die Wicklungspaare a^ b., bzw. a^, ^₂ ^ang^elsg^fc werden können. Den Signalen S_x- und S_x2 ähnliche Signale S_vl bzw. S_v_ werden an die anderen Wicklungspaare c,, d.. bzw. c- , d. angelegt. In Fig. 6 ist die Verteilung der von einem Ziel K empfangenen Bestrahlungsdichte dargestellt, wobei der Bestrahlungsstrahl F dem Magnetfeld ausgesetzt ist, das von den Signalen S_YO, S_v-, die an den sekundären Quadrupol Q- angelegt sind, geliefert wird, und anschließend dem Ablenkmagnetfeld, das von den Signalen S_yl und S_vl geliefert wird.

In einem anderen Ausführungsbeispiel können der Hauptquadrupol und der sekundäre Quadrupol in Reihe geschaltet und durch eine einzige Versorgung sschaltung gespeist werden. Fig. 7 zeigt die Signale S_x-. und S „, die an die Quadrupole Q- bzw. Q₂ in diesem Ausführungsbeispiel angelegt werden können, und Fig. 8 zeigt die entsprechende Dichte-

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•η.

modulation (mit ausgezogener Linie dargestellte Kurve). Die mit gestrichelter Linie dargestellte Kurve von Fig. 8 zeigt die Dichtemodulation, die sich ergibt, wenn die Signale S.._ und S_v_ Null sind.

Eine Dichtemodulation, die in der Mitte der Verteilungskurve ein Maximum aufweist, wie es Fig. 10 zeigt, kann erhalten werden, indem die Signale S_Y1 und S_y-, die an den Quadrupolen Q₁ bzw. Q« (Fig. 9) anliegen, um 180 phasenverschoben werden.

Eine solche Abtasteinrichtung kann vorteilhafterweise zum Kompensieren der Homogenitätsfehler bei der Bestrahlung eines Ziels durch einen Strahl von geladenen Teilchen benutzt werden (Randfehler, die sich beispielsweise durch Abtaststrahlen mit Elektronen geringer Energie ergeben, oder Fehler, die von dem Kollimationssystem des Strahls herrühren).

Diese einfach aufgebaute Einrichtung ist hinsichtlich ihrer Einstellung sehr anpassungsfähig und arbeitet sehr zuverlässig.

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Claims

PaiontanwälloRoute de GuyancourtPrankreichDipl.-lngDipl.-lngUipl.-Chem78530 BUC /G. LeiserE. PrinzDr. G. HäuserErnsbergerstras se 198 München 6017.C.G.R. MeV 17. Februar 1977 Unser Zeichen: C 3123 PATENTANSPRÜCHE

1.!Einrichtung zur Abtastung eines Ziels mit einem Strahl von geladenen Teilchen, der eine mittlere Bahn mit einer Achse ZZ an dem Eingang der Einrichtung hat, die ein mehrpoliges magnetisches Hauptablenksystem mit der Achse ZZ aufweist, von welchem jeder Pol einer Wicklung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrpoliges sekundäres Magnetsystem (Q₂) ^m^ der Achse ZZ dem Hauptablenksystem (Q,) vorgeschaltet ist und das Ablenken des Strahls vor seinem Eintritt in das Hauptablenksystem (Q₁) gestattet, wobei jeder Polschuh des sekundären Magnetsystems (Q₂) einer Wicklung zugeordnet ist, und daß Schaltungen das Anlegen von elektrischen Signalen mit vorbestimmten Kenndaten an jede der Wicklungen gestatten, die den Polschuhen des mehrpoligen Hauptablenksystems und des mehrpoligen sekundären Ablenksystems zugeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptablenksystem (Q,) ein Hauptquadrupol ist und daß das sekundäre Magnetsystem (Q₂) ein sekundärer

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ORIGINAL INSPECTED

Quadrupol ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Wicklungen (a , b-, c,, d. und a , b„, C₂, d₂) der Polschuhe (A₁, B₁, C₁, D₁ und A₂, B₃, C₉, D) des Hauptquadrupols (Q,) und des sekundären Quadrupols (Q~) paarweise in Reihe durch eine Versorgungsschaltung gespeist werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (a,, b.., C₁, d. und a„, b_, C₂, d₂) der Polschuhe (A₁, B₁, C₁, D₁, und A₃, B₂, C_, D) des Hauptquadrupols (Q₁) und des sekundären Quadrupols (Q„) durc

gen gespeist werden.

Quadrupols (Q„) durch getrennte Versorgungsschaltun

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsschaltung des Hauptquadrupols (Q₁) zwei Spannungsgeneratoren (Gy₁, G_yl) mit zwei nachgeschalteten Verstärkern (Ay₁, ^γτ) enthält, welche die beiden Wicklungspaare (a.., b. bzw. C₁, d.. ) der Polschuhe (A₁, B₁ bzw. C₁, D₁) speisen, die einander gegenüber liegen und den beiden Kanälen X₁ bzw. Y₁ entsprechen, und daß die Versorgungsschaltung des sekundären Quadrupols (Q₂) zwei weitere Generatoren (Gy₂, Gy₂) mit zwei nachgeschalteten Verstärkern (Ay_, Ay₂) enthält, welche die beiden Wicklungspaare (a„, b₂ bzw. C₂, d₂) der Polschuhe (A₃, B₃ bzw. C₂, D₂) speisen, die einander gegenüber liegen und zwei

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Kanälen X₀ bzw. Y₀ entsprechen.

6. Einrichttmg nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Versorgungsschaltungen Signale S„, und S_yl in den Kanälen X. bzw. Y, und Signale S„_o und S_y? in den Kanälen X_ bzw.

Y₀ liefern, wobei die Signale S_vl und S_v. Säge- L Xl Y1

zahnsignale und die Signale S_v_ und S_vo Rechtecksignale derselben Periode sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale S_yo und S„_o mit den Signalen S.... bzw. Sy, in Phase sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale S_vo und S-._o mit den Signalen S„. bzw. S_y- in Gegenphase sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsschaltung Sägezahnsignale liefert, welche an den Wicklungen der Polschuhe (A₁, B₁, C₁, D₁ und A₂, B₂, C₃, D₂), die einander gegenüber liegen und zu dem Hauptquadrupol (Q₁) bzw. zu dem sekundären Quadrupol (Q₀) gehören, anliegen und in Phase sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsschaltung Sägezahnsignale liefert, welche an den Wicklungen der Polschuhe

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(A₁, B₁; C₁, D₁ und A₃, B₂; C₃ , D₂), die einander gegenüber liegen und zu dem Hauptquadrupol (Q₁) bzw. zu dem sekundären Quadrupol (Q₉) gehören, anliegen und in Gegenphase sind.

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