JP6438646B2 - 荷電粒子ビーム分布測定システムおよび荷電粒子ビーム分布測定方法 - Google Patents
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Description
また、ワイヤーモニタを用いた荷電粒子ビーム計測装置が提案されている(特許文献2参照)。この荷電粒子ビーム計測装置は、ビーム通路を横切る方向に張られた複数の金属ワイヤを備えている。この荷電粒子ビーム計測装置は、ビームが金属ワイヤに当たり、このとき金属ワイヤに生じる電流を取り出すものである。この電流がビーム強度に比例するという性質から、荷電粒子ビーム計測装置は、荷電粒子ビームの粒子分布を知ることができるとされている。
図1(A)は、荷電粒子ビーム照射システム1の概略構成を示すブロック図であり、図1(B)は、荷電粒子ビーム分布測定システム8の概略構成を示す縦断正面図である。図2は、図1(B)のA−A面で切断して遮蔽膜17周辺を示す分解斜視図である。
荷電粒子発生装置2は、荷電粒子を発生させる装置であり、所望のイオン種を発生させるイオン源等、適宜の装置で構成することができる。この荷電粒子発生装置2が発生させる荷電粒子は、電子、陽子、
重陽子、アルファ粒子、または重イオンなど、目的に応じて適宜のものとすることができる。
コンピュータ7は、温度分布測定装置である赤外線カメラ15(サーモグラフィックカメラ、図1(B)参照)から入力装置により温度分布データを受け、記憶装置に実装された変換プログラムを演算装置で動作させることで、その温度分布データをビーム分布データに変換し、その結果を出力装置であるモニタに送信する。
コンピュータ7は、この一連の動作を連続して繰り返し実行する事ができる。このため、ビーム分布データは常に更新され、遮蔽膜17(図1(B)参照)に荷電粒子ビームが照射されているビームスポットの位置と大きさと形状をリアルタイムに表示できる。
gate array)やDSP(digital signal
processor)等のデジタル演算器を含むシステムとして構成されても良い。本発明の温度分布からビーム分布への変換処理で行う演算は、後述するようにシンプルに構築されているため、これらのデジタル演算器でも問題なく処理できる。
荷電粒子ビーム照射部6は、ビーム搬送ダクト11と、観察ダクト12と、赤外線カメラ15と、遮蔽膜17と、冷却部20と、照射ダクト31とを有している。照射ダクト31の後段(図示下方)には、ターゲット33が配置されている。
また、冷媒22は、冷却用の液体又は気体とすることができ、液体窒素や水や空気等適宜の媒体とすることができる。
ターゲット33は、荷電粒子ビームを照射する目的物である。このターゲット33は、荷電粒子ビーム照射システム1を使用する目的に応じて適宜のものとすることができる。
Δx,Δy: 離散空間で分割されたセルのx,y方向の1辺の長さ。
Ti,j: 点(i,j)にあるセル上の温度。
Si,j: 点(i,j)にあるセル上の熱源。
ΔE: ビームを成す個々のイオンの遮蔽膜17中におけるエネルギー損失。
温度分布からビーム分布への変換処理方法で行う演算の効果を確かめる為に、ビーム照射の際に赤外線カメラ15によって得られる遮蔽膜17の二次元温度データをノイズも含めてシミュレーションにより模擬し、その結果に本アルゴリズムを適用すること二次元ビーム分布を求めた。
赤外線カメラ15によって得られる遮蔽膜17の二次元温度データの模擬は、以下の(1)、(2)の手順により行った。
(1)ビームのパラメーター(エネルギー、電流、ビーム幅)、及び遮蔽膜17の厚さ、材料を決めて、この条件で生じる温度分布を二次元定常熱伝導方程式から求める。
φ100mmの領域を200×200のセルで離散化し、有限差分法により二次元定常熱伝導方程式を解く。
(2)ノイズは、その振幅が正規分布であると仮定し、2σ=ΔTNETDとなるように擬似乱数を用いて決める。得られたノイズは、(1)で計算されたノイズを含まない温度分布に加える。
8…荷電粒子ビーム分布測定システム
15…赤外線カメラ
17…遮蔽膜
18…照射領域
20…冷却部
40…目的画素
41〜44…隣接画素
Claims (5)
- 荷電粒子ビームが照射されると照射部分に温度変化が生じる被照射媒体と、
前記被照射媒体の前記照射部分以外の少なくとも一部を冷却する冷却部と、
前記被照射媒体の少なくとも前記照射部分の温度分布を測定する温度分布測定装置と、
前記温度分布測定装置によって測定した二次元温度分布から二次元熱源分布を得、この二次元熱源分布から二次元ビーム分布を算出するビーム分布算出部とを備え、
前記被照射媒体は、表面が前記荷電粒子ビームの透過方向と直角となるように配置され、
前記冷却部は、前記荷電粒子ビームの行路上に設けられず前記被照射媒体の周囲に設けられた
荷電粒子ビーム分布測定システム。 - 前記被照射媒体は、ニオブ薄膜である
請求項1記載の荷電粒子ビーム分布測定システム。 - 前記温度分布測定装置は、画素毎に温度を測定して前記温度分布として二次元温度分布を測定する構成であり、
前記ビーム分布算出部は、
前記温度分布測定装置によって得られた目的画素の温度と前記目的画素に隣接する隣接画素の温度を含む前記二次元温度分布より、二次元定常熱伝導方程式を用いて前記各画素に対する熱源の分布である二次元熱源分布を得る第1の演算と、
該二次元熱源分布より前記荷電粒子ビームに関する前記被照射媒体でのエネルギー損失を用いて前記ビーム分布としての二次元ビーム分布を得る第2の演算とを行う構成である
請求項1または2記載の荷電粒子ビーム分布測定システム。 - 荷電粒子ビームが照射されると照射部分に温度変化が生じる被照射媒体に対し、前記照射部分以外の少なくとも一部を冷却部が冷却し、
前記被照射媒体は、前記荷電粒子ビームの照射範囲より広い面積を有し、
前記冷却部は、前記荷電粒子ビームの行路上に設けられず前記被照射媒体の周囲に設けられ、
前記被照射媒体の少なくとも前記照射部分の温度分布を温度分布測定装置が測定し、
前記温度分布測定装置によって測定した温度分布からビーム分布算出部がビーム分布を算出する
荷電粒子ビーム分布測定方法であって、
前記温度分布測定装置は、画素毎に温度を測定して前記温度分布として二次元温度分布を測定し、
前記ビーム分布算出部は、
前記温度分布測定装置によって得られた目的画素の温度と前記目的画素に隣接する隣接画素の温度を含む前記二次元温度分布より、二次元定常熱伝導方程式を用いて前記各画素に対する熱源の分布である二次元熱源分布を得る第1の演算と、
該二次元熱源分布より前記荷電粒子ビームに関する前記被照射媒体でのエネルギー損失を用いて前記ビーム分布としての二次元ビーム分布を得る第2の演算とを行う
荷電粒子ビーム分布測定方法。 - 前記被照射媒体は、表面が前記荷電粒子ビームの透過方向と直角となるように配置された
請求項4記載の荷電粒子ビーム分布測定方法。
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