JPH01294339A - 荷電粒子ビームのための磁場形成器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は物質照射の制御と、荷電粒子ビーム技術に関し
、特に、ターゲット表面に対するビーム入射角度の標準
化又は法線化をなすため並びに散乱した粒子を該ターゲ
ット表面へ向わせるべくこれの偏向をなすため、荷電粒
子源とターゲットの間の空間に近接配置したエアギャッ
プを有する電磁石と、荷電粒子によって発生した磁束を
補償するコントローラとに関する。

（従来の技術） 特に電子ビームをシート状素材又はシート状製品に照射
する技術分野では、その表面全体に亙って均一ビーム線
量分布がなされることが均一な製品特性を達成するため
に重要である。荷電粒子の出現、そして、特に物質に対
する電子ビーム処理の開発がなされてきつつあり、放射
線量均一を達成するためにビーム分布の制御を促進する
多くの装置及びそれらの改良が開発されてきている。最
初にして真の前進は、ロビンソン（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）
の米国特許第２，６０２，７５１号に例証されるところ
の制御振動型のビーム走査を含むものである。これによ
り走査技術の有用性は大幅に高められたが、製品の均一
性の問題は依然として残された。一般に、此等の問題は
ビーム走査の幾何学的形状の結果から生じている。そこ
で、より大幅な均一性を促進するために、付随的な装置
が続けて提案されてきた。このような装置としては、走
査ビームに対してターゲットを移動・回転させることが
できる多数のターゲット製品操作装置に加えて、エハラ
（Ｙｅｈａｒａ）の米国特許第３，９４２，０１７号に
例証されるような反射ビーム技術や、偏向散乱プレート
（上記ロビンソン特許を参照のこと）等が挙げられる。

ここで特にターゲット製品操作装置に言及すれば、そこ
で使用されている複雑な装備には機械的な故障及び摩耗
が付随する。こうした場合、特に工程中に故障が起きた
場合には重大なメンテナンス問題が浮び上ってくる。こ
うした場合には、生産が妨害されるばかりではなく、無
視できない量のターゲット製品の損失にもなりかねない
。

一方、ビーム分布制御装置に関しては、ターゲット製品
の線量の均一性を高めるものの、略々理想的な均一性の
目標を達成することできないことがしばしばある。均一
線量分布は、ターゲット物質の線量の許容差と走査ビー
ム特性の両方の関数である。電子ビームの表面線量の均
一性はエネルギーの低下と共に低下することは公知事実
である。このようにして、ＩＭｅＶ未溝のビームエネル
ギーと特に３００〜４００ＫｅＶのビームエネルギーと
では、線量均一性において５％或はそれ以上の変動幅が
一般的に観測可能である。この均一性の損失は、電子の
（一般にチタン・フォイル等によって形成されている）
電子ビーム源ウィンドの通過に及んでの強度損失と走査
境界に衝突した減衰散乱電子との複合により生じている
。

先ず強度損失に言及すれば、ビーム源ウィンドと、該ウ
ィンドとターゲットとの間の空間との見掛けの厚みは、
走査角度の境界又は限界に向って漸進的に増加する。一
般に、この厚みは最小限になるように構成されるが、電
子の散乱は該ウィンドの存在とウィンドーターゲット製
品表面間の大気の深さとの両方に起因して発生する。基
本的には、見掛は厚みが大きければ大きい程、電子散乱
の度合及び走査境界に沿ってのビーム線量強度の損失は
大きくなる。この損失は簡単な算術的比例式によって容
易に表わせる。

強度ズ　１／ｃｏｓα ここで、αは所与の点での走査角度である。このように
、ビームが製品全体の道程に沿って走査されるにつれ、
電子散乱の程度は入射の標準角度（法線）の最小限から
掃引角度境界の最大限へ向って増加していく。通常、製
品の端部は走査境界に対応している。よフて、散乱の増
加は実効的な線量損失を生じ、そして製品端部ではそれ
に対応する製品照射均一性の減少を生じることになる。

見掛は厚さの増加から生じるターゲットの不均一性照射
に寄与する第２の主要原因は、それも特に平なシート状
素材の場合は、散乱電子による線量強度の損失である。

上述したように、ビームが製品端部（走査境界）に近づ
けば、ウィンドの存在と該ウィンドー材料間の空間とに
よる見掛は厚みは増大する。散乱は特にＩＭｅＶ以下の
エネルギーを有するビームで顕著である。走査中におけ
るウィンドとエアギャップとにより散乱した電子の測定
できる部分は、製品上の一次ビーム回りの周辺に衝突す
る。しかしながら、ターゲット端では、そのような散乱
電子は空気中或はその製品に隣接する表面に衝突するこ
とになる。このようにして、ターゲット端では、該ター
ゲット上を漸進的に横切るビームからの補強電子散乱を
受けず、実際上の線量寄与は該ターゲット端ではなくな
ることになる。

この現象は当業界では認識されているものであり、修正
用の補助装置の使用によって対応されている。即ち、電
化散乱プレートとウェッジ（楔状）マグネットが共通し
て最もよく使用される。

電化散乱プレートの場合、−次電子ビームは、二次電子
の発生の原因となるホーンウィンド下に位置するプレー
トに衝突する（第２図を参照）。散乱プレートから等方
性的に放出された二次電子の一部は製品端部に衝突し、
製品端部に対応する照射の増加を生み、即ち、製品の均
一性が提供される。この技術によれば、全般的には満足
できる結果が得られるが、この技術には散乱プレートか
ら全方向に散乱する二次電子を生産しているという不備
がある。より重大なことは、散乱プレート手法によって
発生した二次電子は一次電子のように全てが同一エネル
ギーを有しないことであり、それによって製品端部にお
ける此等電子の浸透程度は小さいものとなってしまうこ
とである。故に、理想的な均一性は達成されない。

走査ホーン領域内の周囲でありウィンドの直上に配置さ
れたウェッジ・マグネットの使用は（第３図を参照）、
即ち改善・増加されたビーム均一性を提供する第２の基
本的且つ従来的な修正手法は、エマニュエルソン（Ｅｍ
ａｎｕｅｌｓｏｎ）の米国特許第２．９９３，１２０号
に明確に説明されている。マグネットはそのマグネット
部分の高さ（厚み）に対応する磁束を走査ホーンのベー
ス部に発生する。ウェッジ・マグネット手法は、標準化
電子ビームが存在する走査ホーンの中央（最小高のマグ
ネット部分）で最小の横切り磁場を提供し、そして走査
域の周辺部（最大高のマグネット部分）に向って漸進的
に増加する強度の磁場を提供するものである。この手法
は、散乱プレート装置に付随するエネルギー・ロスの問
題を克服できるが、上述したようなターゲット端部にお
ける電子散乱問題を解決してはいない。このようにして
、ターゲット製品の端部では該ターゲット製品の中央部
と同等量の照射は依然として受けられないことになる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した手法は共に、全走査域に亙る不均一性ビーム分
布及び不均一性粒子散乱が原因して製品に対して均一性
照射が達成できないという共通問題を分は合っている。

本発明の目的は、照射ビームに関する上記先行技術装置
に付随する問題を克服することである。

本発明の更なる目的は、走査荷電粒子ビームによって生
産される製品の均一性向上を話発することである。

本発明の更なる目的は、最小の構成部材をもって簡素で
優れた装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、掃引荷電粒子ビームのターゲッ
ト上への入射角度を標準化又は法線化すると共に、ター
ゲット端部における散乱荷電粒子の利用を話発する装置
を提供することである。

本発明の更なる目的は、素材或は製品の電子ビ−ム照射
に関する技術に容易に適合し得る磁場形成器を提供する
ことである。

また、本発明の目的は、荷電粒子ビームの掃引によって
磁場形成器内に誘導された磁束を補償する制御手段を提
供することである。

（問題点を解決するための手段） 以上のような目的及びその他の目的は、選択されたター
ゲットに荷電粒子照射をなす荷電粒子装置によって補償
され、該荷電粒子装置は、荷電粒子のビームを発生する
発生手段と、１つの面を介して振動的に且つターゲット
端部の照射を包含するに充分な選択された角度以上で前
記ビームを掃引するウィンド手段と、前記ビーム中にあ
る前記ウィンドによって散乱した荷電粒子の偏向をなす
電磁偏向手段であり、該ビーム幅より大きい幅を有する
エアギャップを有し且つ該粒子ビームの面に直交する磁
束を発生して該ウィンドにより散乱したビーム中の粒子
の入射角度の偏向及び標準化をなすために前記ウィンド
に隣接して該ウィンドとターゲットとの間に略々位置す
る電磁偏向手段と、を備える。

上記目的は、外側端部を有する選択されたターゲットに
荷電粒子照射をなす高エネルギー荷電粒子走査装置内の
磁場形成器によって更に補償され、該高エネルギー荷電
粒子走査装置は荷電粒子ビームの発生をなす発生手段と
１つの面を介し且つ選択角度以上で振動的に前記ビーム
を掃引する手段とによって特徴づけられる。この装置は
、選択角度に亙って掃引するビーム内の荷電粒子の偏向
をなす２つの電磁偏向手段を基本的な特徴として有し、
該電磁偏向手段の各々は前記ビームの幅よりも大きい長
さのエアギャップを有しており、そして前記発生手段か
らそれぞれ等距離おいて相互に遠方に隔てられた位置で
ある前記ターゲット端部のそれぞれに略々隣接して配置
されることによって、標準化された粒子ビームに直交す
る磁束を発生している。この磁束の強さは前記電磁偏向
手段からの距離に逆比例する。こうして、電磁偏向手段
は掃引角度全幅に亙る荷電粒子ビームの入射角度を標準
化し且つ掃引限界における散乱電子を前記ターゲット端
部へ向けて偏向する。

この発明の更なる目的は、ウィンドを有して粒子ビーム
を発生する粒子ビーム源を含めて、荷電粒子ビームのコ
ントロールをなす磁場形成器によって補償される。この
磁場形成器は、コイルに電流を供給する電源と、所望の
長さをそれぞれ有し且つ所望の幅のエアギャップを間に
おいて相互に隔てられた２つのアームと、該アームの２
つを連結するベースと、選択された巻回数の巻線を有す
る誘導コイルとを備え、該誘導コイルは前記電源に電気
的に連結され且つ前記アーム間のベース回りに配置して
いる。また、このコントローラは、前記ビームによって
前記コイル内に誘導された電圧を増幅する電圧増幅器と
、該コイル内に前記粒子ビームによって誘導された電圧
に対応する参照信号を発生する差動増幅器と、該参照信
号に基づいて調整をなすために該信号を利用する手段と
によって特徴づけられる。

（作用） ここに提供される磁場形成器の発明は、荷電粒子ビーム
の１つの走査の終端でより充分に電子等の荷電粒子を利
用することに−よって、その走査終端に対応している製
品端部においての製品に対する照射の均一性を促進して
いる。木質的には、本発明ではその意図された目的を、
通常の走査ホーンウィンドから放出される散乱電子ビー
ムを包囲する磁束を生成するに充分な長さのエアギャッ
プを有する一対の電磁石を提供することによって達成し
ている。此等電磁石がしかるべく配列された場合におけ
る磁束は、走査の中央線に向って、即ち製品とビーム源
の法線に向って漸進的に減少していく。磁場形成器によ
って発生した磁力は、ボール面又は磁極面からの距離の
自乗の逆数に関連し−て変化し、よって、磁束密度はボ
ール面からの隔たりに対応して指数関数的に減少する一
方、該磁極面では最強の効果が誘導される。こうして、
磁極のしかるべき配置は、走査ホーンウィンドから出現
する電子を製品端部に向わせて標準化及び偏向している
。

また、本発明は、振動性荷電粒子ビームによつて８導さ
れた磁場形成器上の磁束を補償する制御手段をも考慮す
るものである。

当業者であれば此等概念及び本発明の技術内容は電子ビ
ーム源と技術的に関連する以下の実施例の詳細な説明か
らより明確になるであろう。

（実施例） 第１図は、本発明の図表的な理解の提供によって要約的
な目的を表わしたものである。同図において破線１０、
即ち従来の均一性は例証的な目的でのみで表示するもの
である。しかしながら、その振幅は、理想的な均一性を
表わす実線１２のそれに等しく、破線１０は実線１２の
上に略々型なっている。此等の破線１０及び実線１２の
基本的な相違はそれぞれの領域１４及び１６に表れてい
る。従来の電子ビーム走査装備はその走査の端部を除く
走査全長に互って略々均一なターゲット照射を提供して
いる。上述したように、シート状ターゲットの端部では
、見掛は強さの減受及び不制御散乱のために等価な線量
は喪失されている。現在公知の散乱プレート或はウェッ
ジ・マグネット技術（第２図及び第３図）によって試み
られた修正でも、破線１０上の領域１４のおだやかなカ
ーブによって表わされた走査周辺における５％以上の変
動を有する線量損失の相当量を矯正しそこなっている。

対照的に、実線１２によって表わされた本発明では、そ
のような不均一性が回避されて領域１６のように鋭い移
行が示されている。こうして、全走査長に亙っての線量
は、理想的な均一性、即ち５％以下の変動となっている
。

理想的な均一性（実線１２）の達成のため、本発明は荷
電粒子ビーム技術の２つの原理を組み合せている。第１
として、本発明ではターゲットに対するビームの入射角
度を標準化又は法線化することである。磁力線は、走査
とターゲットとに関係する電子の位置の関数としての一
次電子の軌道の曲率半径を変更する。第２の原理は、ウ
ィンドとビーム末端における空間とによって散乱した電
子の再配列及び効果的な使用を含むものである。

さもなければ上述した電子はビーム走査の外側でターゲ
ット端部を越えたところに軌道を有することになる。

先行技術である第２図及び第３図は散乱プレートとウェ
ッジ・マグネット制御装置をそれぞれ示している。スキ
ャンホーン又は走査ホーン２゜は、シート状製品２２上
への電子衝突のために振動性電子ビーム掃引２６の範囲
を制限している。

ホーンのベースにおけるウィンド（不図示）から−次電
子が出現した時、掃引周辺の電子はプレート２４上に衝
突する。より低いエネルギーの二次電子２８がそれによ
り発生し、その内のいくつかはターゲット端部へ浸透す
る。このように放出された二次電子はその化エネルギー
さの故に、それらの浸透の程度はビーム中の一次電子よ
り低いものとなる。しかしながら、散乱プレート手法は
、その信頼性に答えて、ターゲット端部における増大さ
れた二次電子照射によって製品の均一性を向上している
。

第３図に示す先行技術のウェッジ・マグネット装置は、
スキャンホーン又は走査ホーン３０、ウェッジ・マグネ
ット３２、ウィンド３３から構成されている。ウェッジ
・マグネット３２はウィンド３３上の走査ホーンのベー
スに沿って配置されて８導コイル３４によって励磁され
る。マグネット３２による電子偏向の程度は該マグネッ
トの高さ又は厚みに対応している。よって、偏向は走査
の周辺で最大となる。−次電子がウィンド３３の面とタ
ーゲット製品３６とに略々直交する法線方向の入射角度
を有するようにひとたび偏向されたならば、該電子はウ
ィンド３３を出てエアギャップ３８に入り込む。此等電
子は、ターゲットへ衝突する前に、矢印３９で示すよう
に散乱する。こうして、走査の周辺での有効散乱電子の
一部はターゲット３６に当り損ない、ターゲット端部て
はより少量の線量が観測されることになる。

以下、本発明に移り、第４図は、垂線からの角度（θ）
変化の度合に伴なうウィンドとエアギャップ（１）の見
掛けの厚さの増大を表わす概略図である。見掛は厚さに
対する角度変化の関係は次式により数学的に表わせる。

ｔ／ＣＯ５θ　−見掛けの厚み ウィンド４２から角度（θ）で出現した後、ビームは鉄
芯ヨーク４４と誘導コイル４６から発生した磁場に支配
される。その結果、−次ビーム電子は法線方向へ偏向さ
ね、散乱電子はターゲット端部へ衝突すべく再度方向づ
けされる。

第５図は本発明の空間的構成を示し、走査ホーン４０又
はスキャンホーンが電磁石５０、鉄芯ヨーク４４、誘導
コイル４６等と共に図示されている。ここで、誘導コイ
ル４６は適当な不図示の電流源に連結されている。ヨー
ク４４はエアギャップ４８を存し、その幅は走査ウィン
ドから出現するビーム幅よりも大きくする。一般に、こ
のギャップ４８の幅はホーン４０から出現する一次電子
及び散乱電子を包含するビームの幅の約２倍とすべきで
ある。ヨーク４４及び同等ヨーク５４は共に充分な長さ
を有し、ホーン４０の周辺端部の下に横たわるように配
設されている。この配置によって、ヨーク４４及びヨー
ク５４のそれぞれのアーム間及び磁極間で磁力線５６及
び５８が形成されており、磁極から遠ざかる程に磁力が
減少し且つ最高の磁束密度は磁極間及びヨークアーム間
で確立されている。更に、走査ホーン中央に互いに補足
し合い且つ相殺し合う６１束を提供するために、磁場形
成電磁石は５０及び５２は矢印５６及び５８で示すよう
に反対極性の磁場を生成すべく配置されることが望まし
い。

第６図においては、ヨーク型電磁石５０．５２間と走査
ホーン４０とターゲット６０間との空間的構成を示す。

誘導コイル４６とマグネット・ヨーク４４．５４の物理
学的配列及び設計は走査ホーン構造及び電子ビームの幅
に関係していることは当業者には明かであることであろ
う。ビーム幅はビーム・エネルギー、ウィンド厚、及び
ウィンド４２とターゲット６０の間のエアスペースの高
さ等によって支配される。ビーム６２の幅はエネルギー
が下がれば散乱増加により増大することになる。ビーム
・エネルギーが下がるにつれて、磁場形成電磁石のエア
ギャップ４８における幅は増大すべきであり、ヨーク４
４及び５４の高さ又は厚みも電子の道筋を変更して電子
６２の偏向の望ましい度合を達成するために変更される
べきである。磁束密度５６及び５８の強度は、上述した
ように、ヨーク４４の磁極からの距離の関数としてより
遠方で減少するので、最大限の偏向を誘導すべく最強の
磁場はヨークアーム（磁極）の間に存在する。図示する
ように、電子６２のヨーク４４及び５４に最も接近する
弾道又は軌道は、ターゲット６０の面に対して略々標準
化或は法線化されるために最大の角度的再編成を受ける
。また、ターゲット６０を逸するような弾道を描く散乱
電子も、もし妨害がなければ、ターゲット６０の端部に
向けて再度方向づけされる。

磁束密度の強度に対し、ウィンド４２から出現する電子
６２のエアスペース（１）への偏向の度合には直接的且
つ定量的な対応関係がある６本発明の理論の数学的手法
をここに示す。磁束密度（キロガウス／センチメータ　
：　ｋｉｌｏｇａｕｓｓ／ｃｍ　）は、電子ビームエネ
ルギー、ウィンド厚及び走査角度に関連して変化する。

よって、次式により表わせる。

βρ＝　　［Ｖ　　（Ｖ＋２Ｖｏ　　）］　　””　／
ｋｃ・・・（１）（ｋｉｌｏｇａｕｓｓ−ｃｍ） ここで、βは半径ρ（ｃｍ）を介して電子を曲げるに必
要な磁束密度（ｋｉｌｏｇａｕｓｓ）であり、Ｖは電子
の運動エネルギー（１０５〜１０７電子ボルト：ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ　ｖｏｌｔｓ）であり、ｖｏは電子の静二ネ
ルギー＝０．５１１　（メガ電子ボルト　：ＭｅＶ）で
あり、Ｃは光速＝２．９９ｘｌ　Ｏ’　ｍ／ｓｅｃであ
り、ｋは変換定数＝　１０−９（ＴＥｏ−９（ＴＥＳＬ
Ａ−からｋｉｌｏｇａｕｓｓ−ｃｍへの変換）である。

上式より、電子の運動エネルギーが与えられれば磁束力
は容易に決定さ（る。表Ｉはその列挙されたエネルギー
の電子を偏向するに必要な６１力をそれぞれ表わしてい
る。

５．０　　　　　１８．３０ 本発明の目的を達成するに要求される力がわかれば、磁
場形成器５０及び５２の構造的パラメータは数学的に明
らかとすることができる。此等パラメータはコイル４６
の巻き数及び電流の必要条件とエアギャップ４８の長さ
とヨーク４４及び５４の高さとを含むものである。

要求されるインダクタンスは次式で表わし得る。

Ｎ　Ｉ　＝Ｌ　Ａ　　β１０．４π　　　　　・・・・
・・・・・（２）（ａｍｐｅｒｅｓ　ｐｅｒ　　ｔｕｒ
ｎ）ここで、Ｎはコイル４６の巻回数であり、■は電流
であり、ＬＡはマグネットのエアギャップ４８の長さで
あり、βはエアギャップ内の磁束密度（ｇａｕｓｓ）で
ある。

走査角度、電子の曲率、偏向角度の関係は次式のように
定義される。

ここで、ｈはヨーク４４及び５４の高さであり、ρは電
子の曲率半径であり、θは電子の法線からの弾道の角度
である。例えば、０．４ＭｅＶの電子エネルギー、３０
°の走査角度、高さ７．５ｃｍのマグネット・ヨーク、
そして５ｃｍのエアギャップ長等の適切な値を当てはめ
るれば当てはめれば、Ｎｌに関する式（２）は次のよう
に解ける。

βｐ　　＝　　２．　５２　　ｋｇ／ｃｍ＝　　１６ａ
　　ｇａｕｓｓ ＝　　５５８ｓｍｐｅｒｅ　ｔｕｒｎｓ走査末端に関す
る電子ビームの位置を検出すれば可変的な電子ビーム・
エネルギー範囲にわたっての望ましい効果／位置を維持
するためのビーム制御については説明された。

第７図及び上述の説明に言及すれば、振動する電子ビー
ム６２はそれ自身の磁場６３を発生する。走査電子ビー
ム６２の磁場６３が鉄芯コア４４或は５４に近づけば、
増大する誘導電圧として磁束６３の内の幾分かは鉄芯コ
ア４４或は５４内を流れ始め、より接近したビーム６２
は鉄芯コア４４或は５４に向って移動する。この磁束は
経時的に変化するので、ピックアップ巻線６４及び６５
に電圧が誘導される。この誘導電圧はまたビームの走査
周波数、ピックアップ巻線６４及び６５の巻き数、磁束
６３の大きさの関数である。

数学的には、磁束６３は次式で表わせるビオー−サヴア
ールの法則に従う。

β　＝　０，２μＩ　／　ｒ　　　　　　・・・・・・
・・（４）ここで、βは磁束密度（ｇａｕｓｓ）であり
、μは物質の透磁率であり、■は電流（ａｍｐｅｒｅ）
であり、ｒは電子ビームから磁束を測定しようとする地
点までの距ｄ！ｔ（（：ｅｎｊｉｍｅｔｅｒｓ）である
。

誘導電圧はローレンツの法則に従う。即ち、コイルに対
して磁束が変化するとぎは常に、下記の公式に従って起
電力（ｅｍｆ）がコイル中に誘導される。

ｅ　　　＝　　　−ｎ（ｄφ／　ｄ　ｔ　）　　１　０
−８（ｖｏｌｔｓ）・・・・・・・・（５） ここで、ｎは巻線６４．６５の巻回数であり、φはコア
内の磁束であり、ｔは時間（ｓｅｃｏｎｄｓ）である。

磁束は式（４）に示すように非線形であるという事実を
反映させるべく変形された式（５）は、次のような磁束
密度βに対する鉄芯コア４４或は５４内の磁束φについ
ての関係を有する。

φ　＝Ａβ＝　　０．２ＡμＩ／ｒ　　・・・・・・・
（６）ここで、Ａは磁束φを横切る鉄芯コア内の面積（
ｃｍ２）である。φのｒに関する微分をとれば、ｄφ／
ｄ　ｒ＝−０，４ＡμＩ／ｒ２・・・・・・・（１）こ
の式によりｒを、走査の長さ、走査されるビームの中心
から移動したビームの距離、及びｒ　ｍｌｎの関数とし
て表わし得る。ビームは鉄芯コア４４或は５４の磁極面
を横切れないので、ｒは次のように最小値を有すること
になる。

ｒｍｌｎ＝　　半径（ビームの中心から鉄芯コア磁極面
の中心まで） この関係は第７図を参照することにより次のように明確
に説明される。

ｘ＝０．５ｓ−ｒ又はｒ＝０．５Ｓ−ｘ−１１（８）こ
こで、Ｓは電子ビームの走査長であり、Ｘは走査された
ビーム範囲の中点からある時点での電子の中心までの距
離であり、ｒはビーム中心から鉄芯コア４４又は５４の
磁極面（ｒｍａｎ）に及ぶ等磁束ポテンシャルの半径で
ある。

式（８）でｒのＸに関する微分を取ってｒの値と共に式
（７）に代入すると、 ｒ＝０．５ｓ−ｘ ｄｒ＝　−ｄｘ ｄφ＝０．４Ａ１．１１／　（０，５ｓ−ｘ）２ｄｘ・
・・・・・・・・（９） となり、式（９）を式（５）に代入すると、ｅ　−−［
０，４ｎＡμＩ／（０，５ｓ　−ｘ）２］１Ｏ−８ｄｘ
／ｄｔ・・・・・・・・（ｌＯ） 簡素化のため、（ビームの角速度が一定とすれば）ビー
ムが走査中心から逸脱するにつれ速度は実際には増大す
るがＸのｔに対する変化率（ｄｘ／ｄｔ）を一定と仮定
する。このファクターは結果には最小限の寄与しかしな
いが、不必要に数学的解析を複雑化するものとなる。こ
うして、それをこの解析で無視することにする。上記仮
定の下に、 ｄｘ／ｄｔ＝０．５ｓ１０．２５Ｔ＝２ｓ／Ｔ＝２ｓｆ
　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・（１１）が
得られ、ここで、ｔはビームが距離Ｘ＝０．５８を移動
するに要する周期時間Ｔ／４であり、Ｔは走査ビームの
周波数ｆに対する周期（Ｔ＝１／ｆ）である。式（１０
）に式（１１）を代入すれば、 ｅ　＝　　−［０，８ｎＡμＴｓｆ／（０，５ｓ　−ｘ
）２１１０−８・・・（１２）となる。８導電圧ｅは、
このようにして増大しようが減少しようが磁束の時間的
な変化率から、または、同じく増大しようが減少しよう
が電子ビーム運動の変化率から計算できる。また注目す
べきは、巻線６４及び６５に誘導される電圧は常に磁束
の変化に対抗することである。よって、ｒが減少する（
Ｘが増大する）時、磁束の増大と増大する負の電圧ｅを
生じることとなる。これに対応して、ｒが増大する（Ｘ
が減少する）時、磁束の減少と増大する正の電圧ｅを生
じることとなる。

上述のような数学的公式化の下で、以下、実例を示す。

下記のような各パラメータにそれぞれ値を当てはめる。

μ＝１　（空気） ｒの関数としてのｅの計算された周期的な値を表ＩＩに
示す。

表ＩＩ 第８図及び第９図は距離Ｘと電圧ｅとを時間ｔの関数と
してプロットしたグラフを示す。三角波形状に描かれて
いるが、巻線インダクタンス、回路抵抗、上記の一定速
度の仮定等の重要でない因子は方向性電荷による突出を
緩和することになる。

第１０図は、より低いエネルギーで電子ビームに影響を
与えるに必要な磁場形成器により形成された磁場の量を
制御するための装置の概略ブロック図である。この装置
は更に、より高いエネルギーで許容できる走査均一性を
達成するために磁場形成器５０．５２へのビーム誘導電
圧の影響を特徴とする特殊な状況のための望ましい効果
を達成するためには、実験的決定が必要である。この点
、下達する説明及び手法が有用である。

第１として上述したように、磁場形成器５ｏ及び５２は
走査ホーン４０の端部近傍の場所に物理的にセットされ
ている。それにより、その電子加速器は最小限の電圧と
最大限のビーム電流でもって起動されることになる。差
動増幅器９２の出力は加算点９７から切りはなし、参照
信号９４は電子ビームのフリンジ磁界に影響する磁場を
提供する磁場形成器のための望ましい電流を得るために
増大される。振動性ビームの起動に及んで、上述した説
明に従った決定できるレベルの電圧がコイル６４又は６
５内に生成される。その電圧は電圧増幅器９１で増幅さ
れ、その電圧ピークが検出器９３で検出されて対応する
信号が差動アンプ９２に供給される。一方、ビーム電流
に比例するフィードバック電圧が例えば可変抵抗等の調
整コントローラ９５を通過して差動アンプ９２へ連結さ
れる。その差動増幅器の出力を、磁場５６．５８へのビ
ーム電流変化による如何なる影響も削減すべくビーム電
流フィードバックを調整することによってゼロとする。

そうして、その出力は加算点９７に再度連結されると共
に同一信号が誤り検出記録のためマイクロプロセッサ−
・コントローラ９６に伝達されて該誤りが所定値を越え
た時にシステムは停止するようにする。

上述したように、このコントローラの機能を説明すれば
、増大等の電子ビーム・エネルギーの変化は電子ビーム
のフリンジ磁界６３を減少させる結果となると共にピッ
クアップコイル（６４゜６５）電圧の対応する減少を生
ずることとなる。

これはピーク検出器９３からの電圧の減少となる。こう
して、差動増幅器９２の加算は小さくなり、増幅器９２
の出力は加算増幅器９７の出力を減少させて電流供給源
からの直流電流出力か調整され磁場形成器５０．５２の
磁場が減少するようになる。

上述に従う磁場形成器は、磁束インダクタンス要件を設
定するための適切な演算がひとたび行なわれたならばど
のよな状況においても使用できるよう構成され得る。上
記した式には磁束密度発生に寄与するがあまり重要でな
い因子を含む多数の変数は考慮されていないことは当業
者にとって明白であろう。例えば、使用した鉄芯の種類
やその磁束路長等は上記演算に影響するであろうが、簡
素化のため、上述したようなより相当に実質的な寄与を
なす因子と比較した場合、その重要性の低さのために数
学的取扱いはなされていない。

また、上述したような定義式は走査ホーン・ウィンドか
ら出現した散乱電子は考慮されていない。此等の貢献性
の確固とした数学的決定は非常に複雑であるので、特殊
な状況・構成での散乱貢献性の決定を実験的に確認する
ことが提案される。その決定を容易とするには、出発点
を走査角度θに基づかせることが推奨される。

本発明の詳細な説明したことにより、いくつかの構造的
な付加的要素が明らかにされたことと思われる。例えば
、コイル４６は直流電流（ＤＣ）で励磁され、ピックア
ップは交流電流（ＡＣ）であるので、コイル６４及び６
５はコイル４６と同一でよい。なぜならばその２つの電
流は容易に区別されるからである。更に、電磁石型磁場
形成器は、多方向に位置調整可能となるべく且つ着脱が
容易となるべく調整自在ブラケット上に設けることでも
よい。特別要求に対応して選択された電磁石の置換及び
正確な位置づけがこれで容易に達成されるからである。

また、異なる巻線の巻き数を有して多数の鉄芯コア間で
交換可能な一連のコイルを実質的な磁束調整のために更
に設けることもできる。より微妙な磁束力調整も、勿論
、調整自在な電源を用いることによって達成できる。更
なる変更としては、走査末端での電子ビーム偏向の度合
の微妙な調整を達成するために鉄芯コアの磁極面の形状
を検討考慮することである。

上述した実施例では、１つの電子ビーム源を導入してい
る。本発明は、エクルンド（Ｅｋｌｕｎｄ）の米国特許
第３，１７８，６０４号に記載されたような他種の荷電
粒子のビーム走査源や、電子がウィンドに対して法線方
向に通過するがウィンドから出た後は散乱するような電
子カーテン等の非走査電子ビーム源の使用にも応用でき
ることは当業者には明らかであろう。

本発明において、上述した変更及び追加並びにその他の
変更・追加等は当業者には容易に類推されるものと思わ
れる。よって、そのような変更及び追加はこの発明の意
図の内にあり、その範囲は特許請求の範囲で定義される
。

（効果） このように、本発明によれば、ターゲットの全走査域に
亙るビーム照射分布を均一化でき、また、散乱粒子に起
因するターゲット端部における照射不均一性も該散乱粒
子を偏向及び探準化することにより改善される。更に、
制御装置を用いることにより振動する荷電粒子ビーム自
身によって形成される自己誘導磁束の磁場形成器への影
響が効果的に削減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は線量均一曲線の概略図、第２図は従来の散乱プ
レート型装置の概略斜視図、第３図は従来のウェッジ型
装置の正面図、第４図は本発明に従う粒子ビームとエア
ギャップ・マグネットの概略図、第５図は本発明装置を
その磁束パターンと共に示す平面図、第６図は本発明装
置をその散乱パターンと共に示す正面図、第７図は本発
明装置を使用して形成された磁場状態を示す概略図、第
８図及び第９図はそれぞれ本発明における経時的な距離
変化及び電圧変化の関数としての掃引電子ビームにより
誘導される磁束の模式図、第１０図は本発明に従う誘導
磁束補償コントローラの概略ブロック図である。 図中の主な参照番号 ２０．３０．４０・・・走査ホーン ２２．３６．６０・・・ターゲット ２４・・・・・・・・・散乱プレート ３３．４２・・・・・・ウィンド ３２・・・・・・・・・ウェッジ・マグネット３４．４
６・・・・・・誘導コイル ３８・・・・・・・・・エアギャップ ４４．５４・・・・・・鉄芯ヨーク ５０．５２・・・・・・磁場形成器（電磁石）５６．５
８・・・・・・磁束（磁力線）６２・・・・・・・・・
電子又はビーム６４．６５・・・・・・ピックアップコ
イル６３・・・・・・・・・磁場 ９１・・・・・・・・・電圧増幅器 ９２・・・・・・・・・差動増幅器 ９３・・・・・・・・・ピーク検出器 ９４・・・・・・・・・参照信号 ９５・・・・・・・・・調整コントローラ９６・・・・
・・・・・マイクロプロセッサ−９７・・・・・・・・
・加算増幅器 特　許　出　願　人　　ラディエーション　ダイナミク
ス　インコーボレ ーテッド 代　理　人　弁理士　　　　下　　１）　容一部間　　
　　弁理士　　　　　　大　　橋　　邦　　度量　　　
弁理士　　　　小　　山　　　　有ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、９

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）外側端部を有する選別ターゲットへの荷電粒子照
   射のための高エネルギー荷電粒子装置において、 ウインドを有して荷電粒子のビームを発生する発生手段
   と、 前記ビームの幅より大きい幅のエアギャップをそれぞれ
   に有して、前記ウインドを通過する際の前記ビーム中の
   荷電粒子の偏向をなす２つの電磁偏向手段と、を備え、 前記偏向手段は前記ウインドからそれぞれ等距離隔てら
   れた該ウインドとターゲットとの間に位置し、それぞれ
   が相互に離間すべく遠ざけられて該ターゲットの端部に
   略々隣接し、散乱荷電粒子を標準化して該ターゲットへ
   向けて偏向するために前記粒子ビームに対して直交する
   磁束を発生するように配置されていることから成る高エ
   ネルギー荷電粒子装置。
2. （２）前記電磁偏向手段は、前記エアギャップを間に画
   成すべく相互に離間する２つの磁極と誘導コイルを有す
   るＣ形状鉄芯ヨークであることから成る特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。
3. （３）前記磁極は前記ターゲット端部のごく近傍に最大
   磁束を誘導するように配置されていることから成る特許
   請求の範囲第２項に記載の装置。
4. （４）前記荷電粒子は電子であり、前記装置は更に、前
   記電子ビームによって誘導された磁束の寄与を検出且つ
   制御する手段と、該ビームを掃引する手段と、電子透過
   ウインドを有して該電子が選択立体角に亙って振動的に
   掃引されるところの走査ホーンと、を備えて、該立体角
   を横切る電子ビームの入射角度を標準化することから成
   る特許請求の範囲第３項に記載の装置。
5. （５）前記ターゲットを前記発生手段から特定距離隔て
   て支持し、前記掃引角度の幅と同等の幅を有する手段を
   更に備える特許請求の範囲第４項に記載の装置。
6. （６）特定幅を有する長尺ターゲットへの走査電子ビー
   ムの均一照射を促進する装置において、走査ホーン及び
   電子透過性ウインドを有して、高エネルギー電子ビーム
   を生成する手段と、前記走査ホーンの両端部によって画
   成される特定角度に亙って前記電子ビームを掃引する手
   段と、 ターゲットを前記ウインドから特定距離隔て且つ該ター
   ゲットの両端部が前記走査ホーンの幅に略々同等する距
   離分だけ離間して前記掃引角度の境界又は限界に対応す
   るように該ターゲットを支持する手段と、 前記ターゲットの両端部の各々で最大限の強さとなり且
   つ該ターゲットの中央線に向って漸次減少すべく、前記
   走査角を横切り且つ前記ウインドに平行する磁束を発生
   し、前記ビーム中の電子を偏向し且つ前記ターゲットへ
   の該電子の入射角度が該ターゲット表面に亙って略々均
   一となるように該ターゲットの両端部の各々に略々近接
   して配設された磁場形成手段と、を備えて成る装置。
7. （７）前記磁場形成手段は、エアギャップを間に画成し
   て相互に離間する２つの磁極と誘導コイルを有するＣ形
   状マグネットであることから成る特許請求の範囲第６項
   に記載の装置。
8. （８）前記磁気偏向手段は、エアギャップを間に画成し
   て相互に離間する２つの磁極と誘導コイルとを有するＣ
   形状マグネットであり、前記ウインドとターゲット端部
   の各々の間で最大磁束を誘導するように該磁極が配置さ
   れていることから成る特許請求の範囲第６項に記載の装
   置。
9. （９）ターゲットと、 三角形状を有する走査ホーン、該ホーンのベース部を形
   成する特定長の電子透過性ウインド、全ウインド長に亙
   って振動的に電子のビームを掃引することによって走査
   面を形成する走査手段、を含む電子ビーム源と、 前記ビーム掃引を横切り且つ前記ウインドに平行する磁
   束をそれぞれ形成し、複数磁極とエアギャップをそれぞ
   れ有して、該磁束の強さは、該複数磁極間で最大である
   一方、該磁極からの距離の自乗に対応して指数関数的に
   減衰し、前記電子ビームの通路及び前記ウインドから出
   現した散乱電子を前記ターゲットに関して標準化すべく
   、前記ウインドの長さ以下の距離分だけ相互に隔てられ
   て該ウインドの周辺にそれぞれ配置するように相互に離
   間する２つのＣ形状電磁偏向手段と、を備えて成る装置
   。
10. （１０）前記磁極は前記ターゲットの如何なる部分にも
    陰を投じないようにして該ターゲットの端部の直上で最
    大磁束を誘導するように配置されたことから成る特許請
    求の範囲第９項に記載の装置。
11. （１１）荷電粒子ビームの制御をなす磁場形成器におい
    て、 粒子ビームを発生する粒子ビーム源と、 電流の供給をなす電源と、 所望幅のエアギャップによって所望の長さ離間された２
    つアーム及び該両アームの連結をなすベースを有する磁
    化ヨークと、 選択された巻回数の巻線を有して、前記電源に電気的に
    連結し且つ前記両アーム間のベース回りに配置する誘導
    コイルと、 前記ビームにより前記コイル内に誘導された電圧を増幅
    する電圧増幅器と、 前記コイル内の前記粒子ビームにより誘導された電圧に
    対応する参照信号を発生する差動増幅器と、 前記参照信号に基づく調整をなすため該信号を利用する
    手段と、を備える磁場形成器。
12. （１２）選択ターゲットに荷電粒子照射をなす荷電粒子
    装置において、 荷電粒子のビームを発生する発生手段と、 前記ビームを通過させて前記ターゲット全体に照射する
    ウインド手段と、 前記ウインド手段によって散乱した前記ビーム中の荷電
    粒子を偏向し、該ビームの幅より大きい幅であるエアギ
    ャップを有し、前記ウインドの下流側に略々隣接し且つ
    該ビーム中の該ウインドによって散乱した粒子の入射角
    度を偏向して標準化するように前記粒子ビームがなす面
    に直交する磁束を発生するように配置した電磁偏向手段
    と、を備えて成る装置。
13. （１３）前記磁気偏向手段は、間にエアギャップを画成
    して離間する２つの磁極及び誘導コイルを有するＣ形状
    鉄芯ヨークであることから成る特許請求の範囲第１２項
    に記載の装置。
14. （１４）前記荷電粒子は電子であり、前記装置は更に、
    前記電子ビームによって誘導された磁束の寄与を検出し
    且つ制御する手段と、該ビームを掃引する手段と、電子
    透過性のウインドを有して該電子を選択された立体角に
    亙って振動的に掃引し、該立体角に亙る該電子ビームの
    入射角度を標準化する走査ホーンと、を備えることから
    成る特許請求の範囲第１３項に記載の装置。