JP7373656B2 - 絶縁されたライナック共振器ピックアップ回路 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、ライナック（ＬＩＮＡＣ）共振器要素の電圧及び／又は電流を検出し、その電圧又は電流をコントローラに送信するためのシステムに関する。

半導体装置の作製は、複数の別々の複雑なプロセスを伴う。これらのプロセスの幾つかでは、イオンがワークピースに向かって加速される。これらのイオンは幾つかの方法で加速され得る。例えば、正電荷を帯びたイオンを引きつけ、加速するために、電界が一般に使用される。

特定の実施形態では、線形加速器（又はライナック）を使用して、これらのイオンを加速することができる。特定の実施形態では、ライナックは、複数のＲＦ空洞を含み、それぞれのＲＦ空洞は、そこを通過するイオンを更に加速するように機能する。ライナックは、ＲＦ空洞のそれぞれが、それぞれの共振周波数で電圧を印加されると、最適に動作することができる。

ライナックはイオンを加速するのに有用であるが、それらの使用に関連する課題がある。例えば、特定の実施形態では、空洞は、メガボルトの電圧を印加されることがある。更に、ライナックにグリッチ又は他の異常が生じる可能性もあり、このことはビームの品質に影響を及ぼすことがある。

その結果、接地ループ及びグリッチの可能性があるため、ライナックの各空洞に印加される電圧を監視することが困難となり得る。

したがって、ライナックに関連する電圧を確実に測定することができるシステムがあれば有利であろう。システムがライナック及びコントローラから電気的に絶縁されていれば有益であろう。

線形加速器の空洞に印加される電圧を監視するためのピックアップループを含む監視回路が開示される。監視回路は、共振器空洞から電気的に絶縁され、回路から入力を受け取り線形加速器を制御するコントローラからも、電気的に絶縁される。特定の実施形態では、監視回路は、コントローラへの物理的接続なしにエネルギーを捕捉するように、エネルギーハーベスタも含む。このことは、例えば、光エネルギー又は電磁エネルギーを使用して達成され得る。特定の実施形態では、監視回路は、ピックアップループから受け取った信号をデジタル値に変換するために、アナログデジタル変換器を含む。他の実施形態では、監視回路は、アナログ電圧をコントローラに送る。監視回路からの出力は、それぞれの空洞に印加される電圧の振幅及び位相を含み得る。

一実施形態によれば、イオン注入システムが開示される。イオン注入システムは、イオンを生成するためのイオン源、ワークピースに向かってイオンを加速するための線形加速器であって、一以上の空洞を備える線形加速器、コントローラ、及び監視回路であって、空洞のうちの１つに近接して配置されたピックアップループと、コントローラからの情報を送受信するためのトランシーバとを備えた監視回路を備え、かつ監視回路はコントローラ及び線形加速器から電気的に絶縁されている。特定の実施形態では、イオン注入システムは、コントローラと通信するＲＦ発生器と、各空洞に配置された励起コイル及び共振器コイルとを更に備え、ＲＦ発生器は励起コイルに励起電圧を供給する。幾つかの実施形態では、ピックアップループは、誘導された信号を空洞から受け取り、この誘導された信号に関する情報が、物理的電気接続なしに、監視回路からコントローラに送信される。特定の実施形態では、コントローラは、ＲＦ発生器を制御するために、監視回路からの情報を使用する。特定の実施形態では、情報は、誘導された信号の振幅及び位相を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入システムは、各空洞に配置されたチューナパドルを更に備え、コントローラが、監視回路からの情報に基づいて、空洞の中のチューナパドルの位置を制御する。特定の実施形態では、監視回路は、ピックアップループ上のグリッチを検出する。幾つかの実施形態では、監視回路は、物理的電気接続なしに、監視回路に電力を提供するためのエネルギーハーベスティング回路を含む。特定の実施形態では、コントローラはエネルギー源を含み、エネルギー源からのエネルギーが、無線でエネルギーハーベスティング回路に送信される。特定の実施形態では、トランシーバは、光ファイバのトランシーバを含む。幾つかの実施形態では、監視回路及びコントローラは、別個の接地面と電力面とを有する１つのプリント基板上に配置されている。

別の実施形態によれば、イオン注入システムで使用するための監視回路が開示される。監視回路は、電力を提供するためのエネルギーハーベスティング回路と、電圧又は電流が誘起されるピックアップループと、ピックアップループからの信号を増幅するための増幅器と、信号をデジタル表現に変換するためのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、デジタル表現をコントローラに送信するためのトランシーバとを備え、監視回路はコントローラから電気的に絶縁されている。特定の実施形態では、エネルギーハーベスティング回路は、トランスデューサ、変換回路、及びエネルギー貯蔵回路を含む。幾つかの実施形態では、トランスデューサは、光センサを含む。幾つかの実施形態では、トランシーバは、光ファイバのトランシーバを含む。

別の実施形態にしたがって、イオン注入システムで使用するための監視回路が開示される。監視回路は、電力を提供するためのエネルギーハーベスティング回路と、電圧又は電流が誘起されるピックアップループと、ピックアップループからの信号を増幅するための増幅器と、振幅検出回路と、位相検出回路と、振幅検出回路の出力及び位相検出回路の出力を入力として有するアナログマルチプレクサと、アナログマルチプレクサからの出力をコントローラに送信するためのトランシーバとを備え、監視回路はコントローラから電気的に絶縁されている。特定の実施形態では、コントローラは、トランシーバを使用して、監視回路にマスタークロック信号を送信し、マスタークロック信号は位相検出回路によって使用される。特定の実施形態では、コントローラは、トランシーバを使用して、監視回路に制御信号を送信し、制御信号は入力のうちの１つを選択するために、アナログマルチプレクサによって使用される。幾つかの実施形態では、トランシーバは、光ファイバのトランシーバを含む。特定の実施形態では、エネルギーハーベスティング回路は、トランスデューサ、変換回路、及びエネルギー貯蔵回路を含む。

本開示のより良い理解のために、添付の図面が参照され、参照により本明細書に組み込まれる。

一実施形態に係る、線形加速器又はライナックを利用するイオン注入システムのブロック図である。 一実施形態に係る、監視回路である。 第２の実施形態に係る、監視回路である。 別の一実施形態に係る、イオン注入システムのブロック図である。

上述のように、線形加速器を使用して、イオンをワークピースに向かって加速することができる。図１は、イオン注入システム１を示す。イオン注入システム１は、イオン源１０を含む。イオン源１０は、間接加熱カソード（ＩＨＣ）源、ベルナス（Ｂｅｒｎａｓ）源、容量結合プラズマ源、誘導結合プラズマ源、又は任意の他の適切な装置などの任意の適切なイオン源であってもよいが、これらに限定されない。イオン源１０は、イオン源１０からイオンを抽出することができる開孔を有する。これらのイオンは、イオン源１０の外側に配置された、抽出開孔に近接した一以上の電極２０に負電圧を印加することによって、イオン源１０から抽出され得る。電極２０は、イオンが特定の時間に出るようにパルスを発し得る。出るイオンのグループは、バンチと称され得る。

次いで、イオンは、質量分析器３０に入ることができ、これは、特定の質量電荷比を有するイオンが通過することを可能にする磁気であり得る。この質量分析器３０は、所望のイオンのみを分離するために使用される。次いで線形加速器４０に入るのは所望のイオンである。

線形加速器４０は、一以上の空洞４１を備える。特定の実施形態では、線形加速器４０の中に１から１６個の空洞４１があり得る。各空洞４１は、励起コイル４５によって生み出された電磁場によって電圧を印加され得る共振器コイル４２を備える。励起コイル４５は、それぞれの共振器コイル４２と共に空洞４１の中に配置される。励起コイル４５は、ＲＦ信号であり得る励起電圧によって電圧を印加される。励起電圧は、それぞれのＲＦ発生器４４によって供給され得る。換言すれば、各励起コイル４５に印加される励起電圧は、任意の他の励起コイル４５に供給される励起電圧から独立していてもよい。各励起電圧は、そのそれぞれの空洞４１の共振周波数で変調されることが好ましい。励起電圧の大きさ及び位相は、ＲＦ発生器４４と通信しているコントローラ２００によって特定及び変更され得る。共振器コイル４２を空洞４１の中に配置することによって、振幅を同じに保ちつつ、励起電圧の大きさを増加し得、又は位相をシフトさせ得る。

各空洞４１内には、それぞれのチューナパドル４６があり得る。チューナパドル４６は、空洞４１内のその位置を修正するように、アクチュエータと通信し得る。チューナパドル４６の位置は、空洞４１の共振周波数に影響を及ぼし得る。アクチュエータは、コントローラ２００によって制御され得る。

励起コイル４５に励起電圧が印加されると、共振器コイル４２に電圧が誘起される。その結果、各空洞４１の中の共振器コイル４２は、正弦波電圧によって駆動される。各共振器コイル４２は、それぞれの加速器電極４３と電気的に通信し得る。イオンは、各加速器電極４３の中の開孔を通過する。

特定の加速器電極４３へバンチが入ることにより、バンチが近づく際に加速器電極４３の電位が負になるように時間調整されるが、バンチが加速器電極４３を通過するにつれて正に切り替わる。このようにして、バンチは、加速器電極４３に入るときに加速され、出るときに反発される。このことは、バンチの加速をもたらす。このプロセスは、線形加速器４０の中の各加速器電極４３に対して繰り返される。各加速器電極は、イオンの加速度を増加し、測定され得る。

バンチが線形加速器４０を出た後、ワークピース５０に注入される。

もちろん、イオン注入システム１は、リボンビームを生み出すための静電スキャナ、四重極要素、ビームを加速又は減速するための更なる電極、及び他の要素などの他の構成要素を含んでもよい。

特定の実施形態では、イオン注入システム１は、監視回路１００及びコントローラ２００も含む。特定の実施形態では、各空洞４１に対して別個の監視回路１００がある。図１は、単一の監視回路１００及びコントローラ２００のみを示す。しかし、これらの構成要素は、各空洞４１に対して複製され得る。例えば、各空洞４１は、それぞれのＲＦ発生器４４、監視回路１００、及びコントローラ２００に関連付けられ得る。

監視回路１００は、空洞４１のうちの１つに近接して又はその内部に配置されたピックアップループ１０１を含む。空洞４１の近傍又は内部の電磁場によって、ピックアップループ１０１に正弦波電圧が誘起される。監視回路１００は、ピックアップループ１０１からこの正弦波電圧を受け取り、何らかの信号処理を提供する。以下に記載するように、監視回路１００は、電気接続なしに、これらの処理された信号をコントローラ２００に送信する。ピックアップループ１０１は、単にループ状のワイヤであってもよい。

コントローラ２００は、処理ユニット２２０、及び関連するメモリ装置２２５を備える。このメモリ装置２２５は、処理ユニット２２０によって実行されると、コントローラ２００が本明細書に記載の機能を実行することを可能にする命令を含む。処理ユニット２２０は、マイクロプロセッサ、信号プロセッサ、カスタマイズされたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は別の適切なユニットであってもよい。このメモリ装置２２５は、ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ、電気的消去可能ＲＯＭ、又は他の適切な装置などの、不揮発性メモリであり得る。他の実施形態では、メモリ装置２２５は、ＲＡＭ又はＤＲＡＭなどの、揮発性メモリであり得る。

グローバルコントローラ９０も示される。グローバルコントローラ９０は、複数の監視回路１００及びコントローラ２００と通信し得る。グローバルコントローラ９０は、イオン注入システム１の残りの部分によって使用されるマスタークロックを生み出し得る。グローバルコントローラ９０は、処理ユニット９１、及びメモリ装置９２を含み得る。処理ユニット９１は、マイクロプロセッサ、信号プロセッサ、カスタマイズされたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は別の適切なユニットであってもよい。このメモリ装置９２は、ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ、電気的消去可能ＲＯＭ、又は他の適切な装置などの、不揮発性メモリであり得る。他の実施形態では、メモリ装置９２は、ＲＡＭ又はＤＲＡＭなどの、揮発性メモリであり得る。メモリ装置９２は、グローバルコントローラ９０が本明細書に記載の作業を実行することを可能にする命令を含む。

図２は、監視回路１００ａ及びコントローラ２００ａの第１の実施形態を示す。

監視回路１００ａは、前置増幅器１１０を含む。前置増幅器１１０は、ピックアップループ１０１に誘導される正弦波信号を増幅するために使用される。例えば、前置増幅器１１０の出力は、０から１０、又は＋／－５ボルトの間の電圧であり得る。他の実施形態では、前置増幅器１１０の出力は、様々な範囲の電圧を有してもよい。他の実施形態では、ピックアップループ１０１の出力は、電流であってもよい。

特定の実施形態では、前置増幅器１１０の出力は、グリッチ検出回路１２０への入力として機能する。グリッチ検出回路１２０は、ピックアップループ１０１に誘導された信号にグリッチが生じたときを特定するために使用される。特定の実施形態では、この情報は、電気的絶縁を維持するために、光ファイバ接続（図示せず）を介してグローバルコントローラ９０に直接送信され得る。イベントが生じた場合、グローバルコントローラ９０は、適切なアクションに関する特定を行うことができる。他の実施形態では、グリッチ検出回路１２０からの情報は、コントローラ２００ａに送信され得る。特定の実施形態では、コントローラ２００ａは、必要に応じて、共振周波数を調節することができる。このことは、チューナパドル４６を作動させることによって行うことができる。

前置増幅器１１０の出力は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１３０への入力としても機能し得る。ＡＤＣ１３０は、前置増幅器１１０から受け取ったアナログ電圧をサンプリングし、そのアナログ電圧のデジタル表現を生成する。デジタル表現は、特定の実施形態では、８、１２、又は１６ビット表現であってもよい。ＡＤＣ１３０は、アナログ電圧を定期的に、又は一定間隔でサンプリングし得る。

アナログ電圧を定期的にサンプリングするために、監視回路１００ａは、クロック発生及び制御回路１４０も含む。クロック発生及び制御回路１４０は、監視回路１００ａで使用されるクロック信号の生成を担う。一実施形態では、クロック発生及び制御回路１４０は、固定周波数で振動する水晶と通信し得る。この固定周波数は、ＡＤＣ１３０によって使用されるクロック信号を生成するために使用され得る。別の実施形態では、コントローラ２００ａは、監視回路１００ａに制御信号１８１を供給し得る。これらの制御信号のうちの１つは、マスタークロック信号であり得る。クロック発生及び制御回路１４０は、このマスタークロック信号を入力として受け取り、このマスタークロック信号を使用して、ＡＤＣ１３０によって使用されるクロック信号を生成し得る。ＡＤＣ１３０へのクロック信号を生成するために使用される特定の実施態様は、本開示によって限定されない。

ＡＤＣ１３０からの出力は、データ調整回路１７０に入り得る。データ調整回路１７０は、コントローラ２００ａへの送信前にデジタル表現を調整するために使用され得る。これは、ゲインを自動的に調節するために使用され得るログアンプ、又は単にプリアンプであってもよい。他の実施形態では、ＡＤＣ１３０からの出力は、トランシーバ１５０に直接入ることができる。

データ調整回路１７０の出力はトランシーバ１５０に入り、ここでデータ１８２がコントローラ２００ａに送信される。トランシーバ１５０は、物理的電気接続を使用せずに、コントローラ２００ａと通信する。

一実施形態では、トランシーバ１５０は光ファイバのトランシーバである。この実施形態では、トランシーバ１５０は、データ１８２を調整し、光パルスに符号化し得る。これらの光パルスは、ファイバ１８０を通ってコントローラ２００ａに進む。

コントローラ２００ａは、トランシーバ１５０と相互作用する対応するトランシーバ２５０を含む。光ファイバの場合、ガラスファイバ１８０は、２つのトランシーバを接続するために使用される。

監視回路１００ａからデータ１８２を受け取ることに加えて、コントローラ２００ａは、監視回路１００ａに制御信号１８１を送ることもできる。上述のように、制御信号１８１は、クロック発生及び制御回路１４０によって使用されて、入力信号のサンプリングに必要な信号を生成し得る。

したがって、監視回路１００ａ及びコントローラ２００ａは、物理的電気接続なしに、互いにデータ１８２及び制御信号１８１を送信することができる。このようにして、共通接地はなく、電位接地ループもない。

監視回路１００ａをコントローラ２００ａから更に絶縁するために、監視回路１００ａは、エネルギーハーベスティング回路１６０も含む。エネルギーハーベスティング回路１６０は、監視回路１００ａに電力を供給するために使用される。エネルギーハーベスティング回路１６０は、トランスデューサ１６１、変換回路１６２、及びエネルギー貯蔵回路１６３を含む。トランスデューサ１６１は入力を受け取り、この入力を電気エネルギーに変換する。一実施形態では、トランスデューサ１６１は、光を受け取り、光を電気エネルギーに変換する光センサであり得る。別の一実施形態では、トランスデューサ１６１は、熱を電気エネルギーに変換する熱電トランスデューサであってもよい。別の一実施形態では、トランスデューサ１６１は、振動又は移動を電気エネルギーに変換する圧電装置であってもよい。別の一実施形態では、トランスデューサ１６１は、ＲＦエネルギーを電気エネルギーに変換するＲＦトランスデューサであってもよい。更に別の一実施形態では、トランスデューサ１６１は、磁場を電気エネルギーに変換する誘導トランスデューサであってもよい。これらの実施形態のそれぞれにおいて、入力エネルギーは、物理的電気接続なしに、エネルギーハーベスティング回路１６０によって受け取られることに留意されたい。

トランスデューサ１６１によって生産された電気エネルギーは、変換回路１６２によって調整される。変換回路１６２は、トランスデューサ１６１によって出力されたエネルギーを収集し、これを３．３Ｖ、５Ｖ、又は何らかの他の電圧などの所望の電圧に変換するために使用される。次いで、変換回路１６２からの出力は、エネルギー貯蔵回路１６３に保存される。特定の実施形態では、エネルギー貯蔵回路１６３は、一以上のキャパシタ及びサポート回路を含む。

エネルギー貯蔵回路１６３の出力は、監視回路１００ａの残りの部分に電力を供給するために使用され得る。

特定の実施形態では、コントローラ２００ａは、監視回路１００ａと協働して、エネルギーハーベスティング回路１６０にエネルギーを提供する。例えば、コントローラ２００ａは、エネルギー源２６０を含み得る。一実施形態では、このエネルギー源２６０は、ＬＥＤ又はレーザなどの光源を含む。この光源は、監視回路１００ａ上に配置された光センサの方へ向けられて、エネルギーハーベスティングの効率を最大化し得る。別の一実施形態では、エネルギー源２６０は、誘導トランスデューサによって受け取られ得る電界を生み出すために電流を交互に入れ替えることによって駆動されるコイルであってもよい。別の一実施形態では、エネルギー源２６０は、ＲＦトランスデューサによって捕捉されるＲＦエネルギーを放出するＲＦ発生器であってもよい。もちろん、他のエネルギー源も利用され得る。

特定の実施形態では、コントローラ２００ａ及び監視回路１００ａは、物理的に別々のプリント基板上に配置され得る。別の一実施形態では、コントローラ２００ａ及び監視回路１００ａは、単一のプリント基板上に配置されてもよく、ここで、電力面と接地面とが物理的に分離される。例えば、接地層は２つの別個の接地面を含むことがあり、それらは互いから物理的に分離される。

動作中、コントローラ２００ａは、エネルギー源２６０を作動させ得る。これにより、エネルギーハーベスティング回路１６０にエネルギーが提供される。その後すぐに、監視回路１００ａ上の残りの構成要素が電力を受け取ることができるように、十分な量の電力がエネルギー貯蔵回路１６３に保存され得る。したがって、このときに、監視回路１００ａは完全に動作可能となる。再び、コントローラ２００ａと監視回路１００ａとの間には物理的電気接続が存在しないことに留意されたい。電力が供給されると、監視回路１００ａは、ピックアップループ１０１から正弦波信号を受け取ることができる。特定の実施形態において、コントローラ２００ａは、トランシーバ２５０を使用して、監視回路１００ａに制御信号１８１を提供する。コントローラ２００ａからのこれらの制御信号１８１は、ＡＤＣ１３０のサンプルレートを特定するために使用される。次いで、ＡＤＣ１３０から出力されたデジタル表現は、トランシーバ１５０を使用して、コントローラ２００ａに送信される。これらの値は、トランシーバ２５０によって受け取られ、処理ユニット２２０に転送される。処理ユニット２２０によって受け取られた情報は、共振を維持し、それにしたがってＲＦ発生器４４を制御するために使用され得る。処理ユニット２２０は、以下に記載するように、この情報を幾つかの様々な方法で使用し得る。

図３は、監視回路１００ｂ及びコントローラ２００ｂの別の実施形態を示す。この実施形態では、監視回路１００ｂは、アナログデジタル変換器を含まない。むしろ、監視回路１００ｂは、アナログ信号をコントローラ２００ｂに送信する。

したがって、図２に関して記載したように、ピックアップループ１０１に誘起される正弦波電圧は、前置増幅器３１０への入力である。前置増幅器３１０の出力は、アナログマルチプレクサ３６０への幾つかの入力のうちの１つであり得る。

特定の実施形態では、ピックアップループ１０１に誘起される正弦波電圧は、グリッチ検出回路３２０への入力でもあり得る。グリッチ検出回路３２０については、図２に関して記載した。

ピックアップループ１０１に誘起される正弦波電圧は、他の機能を実行するためにも使用され得る。例えば、一実施形態では、振幅検出回路３３０を使用して、ピックアップループ１０１上に誘導される正弦波信号の振幅を特定する。振幅検出回路３３０の出力は、正弦波信号の振幅を表すアナログ電圧であり得る。振幅検出回路３３０は、エンベロープ検出器又は別のタイプの回路であってもよい。振幅検出回路３３０の出力は、アナログマルチプレクサ３６０への別の入力であってもよい。

加えて、ピックアップループ１０１に誘起される正弦波電圧は、位相検出回路３４０への入力として機能し得る。位相検出回路３４０は、入力正弦波信号の位相を固定基準と比較し、これら２つの信号間の位相差を表す電圧を出力する。特定の実施形態では、この固定基準は、コントローラ２００ｂから受け取ったマスタークロック信号３８３であり得る。位相検出回路３４０の出力は、アナログマルチプレクサ３６０への別の入力であってもよい。

アナログマルチプレクサ３６０は、複数の入力を有し得る。図３では、３つの入力が示されているが、入力の数は本開示によって限定されない。更に、上述の全ての回路（すなわち、振幅検出回路３３０及び位相検出回路３４０）は、監視回路１００ｂに含まれなくてもよい。

コントローラ２００ｂからの一以上の制御信号３８１を使用して、アナログマルチプレクサ３６０の出力へと通過する複数の入力のうちの１つを選択することができる。次いで、アナログマルチプレクサ３６０からのこの出力は、トランシーバ３５０を介してコントローラ２００ｂに送信される。

アナログマルチプレクサ３６０からの出力は、トランシーバ３５０によってデータ３８２として送信され、トランシーバ３９０によって受け取られる。上述のように、トランシーバは、ファイバ３８０を利用する光ファイバのトランシーバであり得る。受信データ３８２は、コントローラ２００ｂ上に配置されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３７０によってサンプリングされる。次いで、ＡＤＣ３７０の出力は、処理ユニット２２０に提供され得る。

図３の監視回路１００ｂのエネルギーハーベスティング回路１６０は、図２のエネルギーハーベスティング回路１６０に関して記載される。同様に、コントローラ２００ｂ上のエネルギー源２６０は、図２に関して記載される。

上述のように、両方の実施形態では、監視回路１００は、線形加速器４０の空洞４１に印加されている電圧に関するデータをコントローラ２００に供給するように構成される。この情報は、幾つかの方法でコントローラ２００によって使用され得る。

まず、処理ユニット２２０は、共振状態を誘導すべく、空洞４１に印加される励起電圧の周波数を変化させることができる。換言すれば、励起コイル４５に印加される励起電圧の周波数が、共振器コイル４２及び空洞４１の固有共振周波数と一致するとき、ピックアップループ１０１によって誘起される電圧の振幅は、その最大値になる。したがって、処理ユニット２２０は、励起電圧に対して特定の周波数を選択し、その励起電圧を励起コイル４５に印加するようにＲＦ発生器４４に指示し、誘起電圧の相対的な振幅を示すフィードバックを監視回路１００から取得し得る。

図１の監視回路１００ａにおいて、コントローラ２００ａはＡＤＣ１３０から複数のサンプルを取得して、ピーク振幅を特定することができる。図３の監視回路１００ｂでは、コントローラ２００ｂは、アナログマルチプレクサ３６０を制御して振幅検出回路３３０の出力を選択し得る。振幅検出回路３３０から受け取られたアナログ電圧は、誘導された信号の振幅を表す。次いで、処理ユニット２２０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３７０を１回サンプリングして、誘起電圧の振幅を特定する。

次いで、コントローラ２００は、励起電圧の出力周波数を修正するようにＲＦ発生器４４に指示することによって、励起電圧の周波数を修正し得る。次いで、コントローラ２００は、上述のように、誘導された信号の振幅の表示を取得し得る。コントロ―ラ２００は、最大誘起電圧が達成されるまでこれを繰り返し得る。

励起コイル４５に印加される励起電圧の周波数を変化させることによって、処理ユニット２２０は、各空洞４１がその共振周波数で動作していることを確実にすることによって、線形加速器４０の性能を最適化することができることがある。

特定の実施形態では、空洞４１の全てが同じ共振周波数を有することが望ましいことがある。したがって、この実施形態では、コントローラ２００は、上述のシーケンスを繰り返し得るが、ＲＦ発生器４４によって印加される周波数を変更する代わりに、コントローラ２００は、所定の共振周波数が達成されるまで、空洞４１の中のチューナパドル４６の位置を変化させる。

加えて、コントローラ２００は、共振器コイル４２によって生成される電圧の位相も制御し得る。上述のように、特定の加速器電極４３へバンチが入ることにより、バンチが近づくにつれて加速器電極４３の電位が負になるように時間調整されるが、バンチが加速器電極４３を通過するにつれて正に切り替わる。このようにして、バンチは、加速器電極４３に入るときに加速され、出るときに反発される。この効果を最大化するために、各加速器電極４３の位相を適切に相関させる。

図１の監視回路１００ａにおいて、コントローラ２００ａはＡＤＣ１３０から複数のサンプルを取得して、誘起電圧の位相を特定し得る。例えば、ＡＤＣ１３０からの複数のサンプルから再構成される信号は、マスタークロック信号と比較されて位相を特定し得る。図３の監視回路１００ｂでは、コントローラ２００ｂは、アナログマルチプレクサ３６０を制御して位相検出回路３４０の出力を選択し得る。位相検出回路３４０から受け取られたアナログ電圧は、誘導された信号の位相を表す。次いで、処理ユニット２２０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３７０を１回サンプリングして、誘起電圧の位相を特定する。

各コントローラ２００は、グローバルコントローラ９０によって所望の位相を指示され得る。次いで、コントローラ２００は、この位相を達成しようと試みる。例えば、コントローラ２００は、位相ロックループを利用することができ、位相が遅れている場合は一時的に周波数を増加させ、位相が進んでいる場合は一時的に周波数を減少させる。別の実施形態では、コントローラ２００は、空洞４１の中のチューナパドル４６の位置を修正して、誘起電圧の位相を調節し得る。

したがって、図２の監視回路１００ａにより、処理ユニット２２０は、誘起電圧のデジタル表現を監視し、その振幅及び位相を特定する。このことは、励起電圧の周波数の少なくとも２倍のサンプリング周波数で誘起電圧をサンプリングすることによって行うことができる。振幅及び位相のその特定に基づいて、処理ユニット２２０は、励起電圧の周波数及び位相を最適化することができる。

図３に関して、監視回路１００ｂは、誘導された信号の電圧及び位相を表すアナログ電圧を提供する回路を含む。次いで、処理ユニット２２０は、ＡＤＣ３７０を使用して、これらのアナログ電圧をサンプリングし得る。振幅及び位相のその特定に基づいて、処理ユニット２２０は、共振器コイルを共振状態に保つ励起電圧の周波数及び位相を最適化することができる。

上記の開示は、通常の動作を記載している。しかし、他の要因も考慮され得る。例えば、グリッチの場合、グリッチ検出回路１２０はグローバルコントローラ９０に情報を提供する。グローバルコントローラ９０は、コントローラ２００に、空洞４１を再較正するように、又は何らかの他のアクションを行うように指示することができる。

加えて、温度変化及び振動は、空洞４１の固有共振周波数に影響を及ぼし得る。コントローラ２００は、誘導された信号の振幅を連続的に監視し得る。その最大振幅の減少は、固有共振周波数のドリフトを示し得る。コントローラ２００は、是正措置を開始することができる。例えば、一実施形態では、コントローラ２００は、共振周波数を再取得するために、空洞４１の中のチューナパドル４６を移動させ得る。コントローラ２００は、共振周波数の任意の変化をグローバルコントローラ９０に報告し得る。次いで、グローバルコントローラ９０は、コントローラ２００に、何らかの是正措置を講じるように指示することができる。

上述の開示は、線形加速器４０による監視回路の使用を記載しているが、本開示は、この実施形態に限定されない。本監視回路は、監視されるシステムとコントローラの両方からの電気的絶縁を必要とする任意の環境において採用され得る。例えば、本明細書に記載の監視回路は、イオン注入システムにおける電流を測定するために使用され得る。

例えば、図４は、ファラデー装置などの電流測定装置を含むイオン注入システム４０１を示す。イオン注入システム４０１は、イオン源４１０を含む。イオン源４１０は、間接加熱カソード（ＩＨＣ）源、ベルナス源、容量結合プラズマ源、誘導結合プラズマ源、又は任意の他の適切な装置などの任意の適切なイオン源であってもよいが、これらに限定されない。イオン源４１０は、イオン源４１０からイオンを抽出することができる開孔を有する。これらのイオンは、イオン源４１０の外側に配置された、抽出開孔に近接した一以上の電極４２０に負電圧を印加することによって、イオン源４１０から抽出され得る。

次いで、イオンは、質量分析器４３０に入ることができ、これは、特定の質量電荷比を有するイオンが通過することを可能にする磁気であり得る。この質量分析器４３０は、所望のイオンのみを分離するために使用される。次いで、一以上の加速／減速段４４０に入るのは所望のイオンである。次いで、加速／減速段４４０から出るイオンは、静電スキャナ４５０の使用を通じてリボンイオンビーム４５１に変形され得る。次いで、リボンイオンビーム４５１はワークピース４６０に向かって方向付けられる。実際のビーム電流を測定するために、ファラデーカップなどの電流測定装置４７０が、ワークピース４６０の近傍に配置され得る。電流測定装置４７０は、ビームの経路の内外に移動するように、アクチュエータと通信し得る。電流を測定するために、ワークピース４６０は、リボンイオンビーム４５１がファラデーカップに当たるように遠ざけられる。

ファラデーカップの出力は、監視回路１００の中のピックアップループ１０１に取って替わる。監視回路の残りは、上述のように正確に１００である。しかし、この場合、電圧を測定するのではなく、監視回路１００は電流を監視する。しかし、他の実施形態と同様に、監視回路１００は、イオン注入システム４０１とコントローラ２００の両方から電気的に絶縁されている。

本システムは多くの利点を有する。高電圧システムにおけるパラメータを監視する能力は非常に有利である。しかし、従来の測定装置を使用して高電圧システムを監視することは問題を含むことが多い。具体的には、高電圧システムは、コントローラとは異なる接地基準を有し得る。更に、これらの高電圧システムは、アーク又はグリッチが発生することがあり、そのシステムの接地面に影響を及ぼす可能性がある。通常、コントローラが同じ接地面に接続される場合、これらのアーク又はグリッチによってコントローラが損傷する可能性がある。本システムは、監視されるシステムとコントロ―ラの両方から電気的に絶縁される監視回路を導入することによって、これらの欠点を克服する。加えて、監視回路は電気的に絶縁されているので、監視される電圧の精度が向上する。

本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態による範囲内に限定されるものではない。実際、本明細書に記載のものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び修正例が、前記載及び添付図面から当業者には明らかだろう。このため、かかる他の実施形態及び修正例は、本開示の範囲内に含まれると意図される。更に、本開示は、特定の目的のための特定の環境の特定の実施態様に関連して本明細書に記載されているが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、かつ本開示が、有利には、任意の数の目的のために任意の数の環境で実装され得ることを認識するだろう。したがって、以下に明記される特許請求の範囲は、本明細書に記載の本開示の全幅及び主旨を考慮して解釈すべきである。

Claims (15)

1. イオン注入システムであって、前記イオン注入システムが、
   イオンを生成するためのイオン源と、
   ワークピースに向かって前記イオンを加速するための線形加速器であって、一以上の空洞を備える線形加速器と、
   コントローラと、
   監視回路と
   を備え、前記監視回路が、
   前記空洞のうちの１つの空洞に近接して配置され、前記１つの空洞から、誘導された信号を受け取る、ピックアップループと、
   物理的電気接続なしに前記コントローラからの情報の受信および前記コントローラへの情報の送信を行うためのトランシーバとを備え、前記トランシーバから前記コントローラに送信される前記情報は、前記誘導された信号に関する情報を含み、かつ、前記監視回路が前記コントローラ及び前記線形加速器から電気的に絶縁されている、イオン注入システム。
2. 前記コントローラと通信するＲＦ発生器と、
   各空洞に配置された励起コイル及び共振器コイルと
   を更に備え、前記ＲＦ発生器は前記励起コイルに励起電圧を供給する、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記コントローラが、前記ＲＦ発生器を制御するために、前記監視回路からの前記情報を使用する、請求項２に記載のイオン注入システム。
4. 前記監視回路からの前記情報が、前記誘導された信号の振幅及び位相を含む、請求項３に記載のイオン注入システム。
5. 各空洞に配置されたチューナパドルを更に備え、前記コントローラが、前記監視回路からの情報に基づいて、前記空洞の中の前記チューナパドルの位置を制御する、請求項２に記載のイオン注入システム。
6. 前記監視回路が、物理的電気接続なしに、前記監視回路に電力を提供するためのエネルギーハーベスティング回路を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入システム。
7. 前記コントローラがエネルギー源を含み、前記エネルギー源からのエネルギーが、無線で前記エネルギーハーベスティング回路に送信される、請求項６に記載のイオン注入システム。
8. 前記監視回路及び前記コントローラが、別個の接地面と電力面とを有する１つのプリント基板上に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のイオン注入システム。
9. 前記監視回路が、
   電力を提供するためのエネルギーハーベスティング回路と、
   前記ピックアップループからの信号を増幅するための増幅器と、
   前記信号をデジタル表現に変換するためのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と
   をさらに備え、
   前記トランシーバが、前記デジタル表現を前記コントローラに送信する、請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入システム。
10. 前記エネルギーハーベスティング回路が、トランスデューサ、変換回路、及びエネルギー貯蔵回路を含む、請求項９に記載のイオン注入システム。
11. 前記トランスデューサが光センサを含む、請求項１０に記載のイオン注入システム。
12. 前記監視回路が、
    電力を提供するためのエネルギーハーベスティング回路と、
    前記ピックアップループからの信号を増幅するための増幅器と、
    振幅検出回路と、
    位相検出回路と、
    前記振幅検出回路の出力及び前記位相検出回路の出力を入力として有するアナログマルチプレクサと
    をさらに備え、
    前記トランシーバが、前記アナログマルチプレクサからの出力を前記コントローラに送信する、請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入システム。
13. 前記コントローラが、前記トランシーバを使用して、前記監視回路にマスタークロック信号を送信し、前記マスタークロック信号は前記位相検出回路によって使用される、請求項１２に記載のイオン注入システム。
14. 前記コントローラが、前記トランシーバを使用して、前記監視回路に制御信号を送信し、前記制御信号は前記入力のうちの１つを選択するために、前記アナログマルチプレクサによって使用される、請求項１２に記載のイオン注入システム。
15. 前記トランシーバと前記コントローラとの間の情報の送受信が、光ファイバを介して行われる、請求項１から１４のいずれか一項に記載のイオン注入システム。

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