JPH0254850A - イオン処理装置の制御方法 - Google Patents
イオン処理装置の制御方法Info
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- JPH0254850A JPH0254850A JP20542088A JP20542088A JPH0254850A JP H0254850 A JPH0254850 A JP H0254850A JP 20542088 A JP20542088 A JP 20542088A JP 20542088 A JP20542088 A JP 20542088A JP H0254850 A JPH0254850 A JP H0254850A
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(7)技術分野
この発明は、マイクロ波を用いるイオン源を搭載したイ
オン処理装置の制御方法に関する。
オン処理装置の制御方法に関する。
特に、引出し電極の間でブレークが生じた時)ζ、直ち
にイオン源の動作を停止させるのではなく、中性化フィ
ラメントのエミッション電流を切り、ブレーク状態を解
除できるようにした制御方法に関する。
にイオン源の動作を停止させるのではなく、中性化フィ
ラメントのエミッション電流を切り、ブレーク状態を解
除できるようにした制御方法に関する。
(イ) マイクロ波を用いるイオン処理装置ECR型と
もいうイオン処理装置の構成を第1図に示す。
もいうイオン処理装置の構成を第1図に示す。
真空チャンバ1の中に、ウェハディスク2が公転可能に
設けられる。ウェハディスク2の上に、多数枚のウェハ
3が取付けられる。これはウェハディスクに対して自転
可能に取付けである。
設けられる。ウェハディスク2の上に、多数枚のウェハ
3が取付けられる。これはウェハディスクに対して自転
可能に取付けである。
ディスク駆動装置4がウェハディスク2を回転させてい
る。
る。
真空チャンバ1を真空に引くため、コンダクタンスバル
ブ5、ゲートバルブ6、真空ポンプ7が設けられる。
ブ5、ゲートバルブ6、真空ポンプ7が設けられる。
制御装置8は、イオン処理装置の各部分の装置や機構を
統一的に制御するものである。
統一的に制御するものである。
さて、イオン処理装置は、反応性のある物質をイオン化
(リアクティブイオンビームエツチング)し、或は不活
性ガスをイオン化して、ビーム状とし、ウェハに当て、
これを、例えば、エツチングするものである。これは、
イオンを生ずるイオン発生機構と、これを加速してビー
ムにする引出電極系と、前述のウェハの保持機構と、真
空装置とを有する。
(リアクティブイオンビームエツチング)し、或は不活
性ガスをイオン化して、ビーム状とし、ウェハに当て、
これを、例えば、エツチングするものである。これは、
イオンを生ずるイオン発生機構と、これを加速してビー
ムにする引出電極系と、前述のウェハの保持機構と、真
空装置とを有する。
イオン処理の内容は、エツチングだけでなく、イオン打
ち込み、イオン蒸着、など多様である。
ち込み、イオン蒸着、など多様である。
ECR型の場合は、ECRCVD法にも使う事ができる
。
。
このように、イオンを発生し、ビームにして、対象物に
照射することをイオン処理と、広く呼ぶことにする。本
発明は、イオン源に対して、広く適用することができる
。
照射することをイオン処理と、広く呼ぶことにする。本
発明は、イオン源に対して、広く適用することができる
。
イオン源について述べる。
これは、コイル9、イオン源チャンバ10、マイクロ波
発振器11、導波管21などよりなる。
発振器11、導波管21などよりなる。
マイクロ波発振器11は、2.45GHzのマイクロ波
を生じ、導波管21を経て、イオン源チャンバ10に供
給する。
を生じ、導波管21を経て、イオン源チャンバ10に供
給する。
ガスボンベ20から、マスフローコントローラ12を通
って、イオン源チャンバ10に、イオン化すべきガスが
供給される。これは、対象となるウェハ3によって異な
る。
って、イオン源チャンバ10に、イオン化すべきガスが
供給される。これは、対象となるウェハ3によって異な
る。
コイル9は、イオン源チャンバ10の内部に軸方向の磁
界を生ずる。この磁界Bによるサイクロトロン運動によ
り、電子が、気体の骨子、原子を励起する。
界を生ずる。この磁界Bによるサイクロトロン運動によ
り、電子が、気体の骨子、原子を励起する。
電子のサイクロトロン周波数が、マイクロ波の周波数に
ほぼ等しくなっている。
ほぼ等しくなっている。
このため、E CR(Electron Cyclot
ron Re5ona−nce )というのである。
ron Re5ona−nce )というのである。
電子はマイクロ波から、エネルギーを吸収できるので、
気体を励起できる。励起されたものは、中性のラデイカ
ルになったり、イオンになったりする。
気体を励起できる。励起されたものは、中性のラデイカ
ルになったり、イオンになったりする。
イオン源チャンバ10の前方には、網目状或は多孔状の
加速電極22、減速電極23がある。
加速電極22、減速電極23がある。
これらをあわせて引出し電極系と呼ぶ。
加速電極22には、加速電源15が接続されている。こ
れは正の電圧(たとえば+700V)が与えられている
。
れは正の電圧(たとえば+700V)が与えられている
。
減速電極23には、減速電源14が接続されている。こ
れは負電圧(たとえば−700〜−300V )が与え
られている。
れは負電圧(たとえば−700〜−300V )が与え
られている。
引出し電極の多孔部分又は網目をイオンが通過し、ビー
ム状になる。
ム状になる。
この例では、広いビームを作って、ウェハを多数枚、同
時にエツチングするようにしている。このため、電極は
広い円板状になっている。
時にエツチングするようにしている。このため、電極は
広い円板状になっている。
しかし、電極はもつと狭くてもよいし、狭いビームを生
ずることとしてもよい。
ずることとしてもよい。
引出し電極を出たものはイオンである。
イオンがそのままウェハ3に当たると、ウェハ3が帯電
してしまう(チャージアップという)ので望ましくない
。
してしまう(チャージアップという)ので望ましくない
。
そこで、引出し電極系につづいて、中性化フィラメント
18を設けている。これは、フィラメント電源17によ
って抵抗加熱されて、熱電子を生ずる。熱電子がフィラ
メント18の近傍に濃い密度で存在する。正イオンがフ
ィラメント18の近傍を通るときに、電子を捕える。こ
うして、中性の原子、分子になる。
18を設けている。これは、フィラメント電源17によ
って抵抗加熱されて、熱電子を生ずる。熱電子がフィラ
メント18の近傍に濃い密度で存在する。正イオンがフ
ィラメント18の近傍を通るときに、電子を捕える。こ
うして、中性の原子、分子になる。
中性の原子、分子になったビームが、ウェハ3に当り、
これを化学的或は物理的にエツチングする。
これを化学的或は物理的にエツチングする。
ビームシャッタ19は、ビームを通したり、止めたりす
るものである。
るものである。
エミッション電源16は、中性化フィラメント18を負
電位に保つものである。これは例えば−300〜−10
0v程度である。
電位に保つものである。これは例えば−300〜−10
0v程度である。
制御装置8は、ディスク駆動装置4、コンダクタンスパ
ルプ5、ビームシャッタ19、フィラメント電源17、
エミッション電源16、加速電源15、減速電源14、
コイル電源13、マスフローコントローラ12、マイク
ロ波発振器11を制御している。
ルプ5、ビームシャッタ19、フィラメント電源17、
エミッション電源16、加速電源15、減速電源14、
コイル電源13、マスフローコントローラ12、マイク
ロ波発振器11を制御している。
(ロ)従来技術
第2図は従来のイオン処理装置の制御方法を示す電圧電
流波形図である。
流波形図である。
(a)は加速電圧Va、(b)は加速電流Ia、(c)
は減速電圧Vd、(d)は減速電流Id、(6)はエミ
ッション電流Ieである。横軸は全て時間を表わす。
は減速電圧Vd、(d)は減速電流Id、(6)はエミ
ッション電流Ieである。横軸は全て時間を表わす。
加速電流Iaというのは、加速電源Vaを通って流れる
電流である。減速電流Id4同様である。
電流である。減速電流Id4同様である。
停止時は、これらの電流、電圧はOである。この装置の
使用を始めると、この図に示すように、電圧、電流が一
定値に保たれる。
使用を始めると、この図に示すように、電圧、電流が一
定値に保たれる。
正常に運転されている間は問題ない。
しかし、加速電極22と、減速電極23の間でブレーク
が発生することがある。これは、画電極の間の抵抗が急
激に減少する事である。
が発生することがある。これは、画電極の間の抵抗が急
激に減少する事である。
ブレークが発生すると、加速電流Iaが大幅に増加する
(イ点)。減速電流Idも、大幅に増加する(ハ点)。
(イ点)。減速電流Idも、大幅に増加する(ハ点)。
減速電圧VdはOになる(四点)。
加速電圧は殆んど変わらない。
に) 発明が解決しようとする問題点
イオン源が正常に運転されている時、減速電源に流れる
電流Idは、加速電源に流れる電流Iaに比べれば僅か
である。
電流Idは、加速電源に流れる電流Iaに比べれば僅か
である。
このため、加速電源は大容量のもの、減速電源は小容量
のものを使用する。
のものを使用する。
この例では、加速電源の定格はIA、減速電源の定格は
0.2人である。
0.2人である。
このため、加速、減速電極の間でブレークが生じると(
tl) 、減速電源の方が弱いので、この電圧は殆どQ
Vになってしまう。加速、減速電流ともに増加する。
tl) 、減速電源の方が弱いので、この電圧は殆どQ
Vになってしまう。加速、減速電流ともに増加する。
加速電源の電流の大部分が減速電源に流れこむので、減
速電流Idが特に著しく増加する。
速電流Idが特に著しく増加する。
制御装置8は、減速電源過負荷と判断する。そうすると
、制御装置8は、イオン源の動作停止の指令を出し、各
部の機能を中断させる(t2)。
、制御装置8は、イオン源の動作停止の指令を出し、各
部の機能を中断させる(t2)。
そうすると、ウェハ3からみれば、イオン照射が中断さ
れたことになる。
れたことになる。
このように、イオン処理が中断されるという事は、処理
されるウェハの再現性に問題を生ずる。
されるウェハの再現性に問題を生ずる。
生産用イオン処理装置としては適さない。
GO目 的
ブレークが生じた時に、直ちに停止するのではなく、ブ
レークの原因を除去し、処理を続行する方が望ましい。
レークの原因を除去し、処理を続行する方が望ましい。
本発明は、電極間でブレークが生じた時に、直ちにブレ
ークの原因を除き、イオン処理をひきつづき持続できる
ようにしたイオン処理装置の制御方法を提供することを
目的とする。
ークの原因を除き、イオン処理をひきつづき持続できる
ようにしたイオン処理装置の制御方法を提供することを
目的とする。
(2)本発明の方法
加速電極と減速電極の閏で、なぜブレークが発生するの
か?という事を考える。
か?という事を考える。
中性化フィラメント18で生じた熱電子は左右に飛ぶが
、この一部がイオン源の方向に飛んで、電極間でブレー
クを引起すのである。熱電子が減速電極に当り二次電子
を生ずると、これが、加速電極へ引張られる。すると、
電極間で放電が生じてブレーク状態となる。
、この一部がイオン源の方向に飛んで、電極間でブレー
クを引起すのである。熱電子が減速電極に当り二次電子
を生ずると、これが、加速電極へ引張られる。すると、
電極間で放電が生じてブレーク状態となる。
だとすれば、熱電子の発生を一時中断すれば、ブレーク
の原因が除かれ、ブレーク状態から回復することになる
。
の原因が除かれ、ブレーク状態から回復することになる
。
そこで、本発明に於ては、ブレークが発生した時に、中
性化フィラメント18のエミッション電流Ie又はフィ
ラメント電流Ifを、−時的に、0に、或はOに近い値
に減少させる。
性化フィラメント18のエミッション電流Ie又はフィ
ラメント電流Ifを、−時的に、0に、或はOに近い値
に減少させる。
そうすると、多くの場合、ブレークが解除される。
もとの状態に戻ったわけであるから、エミッション電流
Ie、又はフィラメント電流Ifをもとの値に復帰させ
る。ブレークが解除されない場合は、何回か同じことを
繰返す。
Ie、又はフィラメント電流Ifをもとの値に復帰させ
る。ブレークが解除されない場合は、何回か同じことを
繰返す。
第3図に本発明の制御方法を与える波形図を示す。これ
はエミッション電流Ieを制御する例であるが、フィラ
メント電流Ifを制御してもよい。
はエミッション電流Ieを制御する例であるが、フィラ
メント電流Ifを制御してもよい。
(a)はビーム電流Ibである。これは加速電流Iaか
ら減速電流Idを引いたものである。
ら減速電流Idを引いたものである。
Ib = Ia −Id
(ロ)は加速電圧Va、(C)は加速電流Ia、(d)
は減速電圧Vd 、(e)は減速電流工d、(f’)は
エミッション電流Ieを示す。
は減速電圧Vd 、(e)は減速電流工d、(f’)は
エミッション電流Ieを示す。
エミッション電流Ieが制御変数になっていることに注
意すべきである。
意すべきである。
また、ビーム電流Ibが観測量として採用されている事
にも注意すべきである。
にも注意すべきである。
ビーム電流Ibは、従来に於ても、モニタされていたの
であるが、それは単に状態変数としてモニタされていた
だけである。
であるが、それは単に状態変数としてモニタされていた
だけである。
本発明においては、ビーム電流Ibを、ブレーク発生検
出に使う。ブレーク発生時に、ビーム電流Ibは急激に
増加する。そこで、正常運転時のビーム電流Iboのた
とえば、1.2倍を閾値として、Vth = 1.
2 Ib。
出に使う。ブレーク発生時に、ビーム電流Ibは急激に
増加する。そこで、正常運転時のビーム電流Iboのた
とえば、1.2倍を閾値として、Vth = 1.
2 Ib。
vb ≧ vth
であれば、ブレークと判定する。(2)の定数の値は、
1.2に限らず1.1〜1,5でもよい。
1.2に限らず1.1〜1,5でもよい。
すると、第3図(a)の二点、ヲ点でブレークが発生し
たという事が分る。
たという事が分る。
ブレークに伴ない、加速電流が増加(イ点)する。減速
電流も増加(ハ点)する。減速電圧はほぼQVになる(
四点)。
電流も増加(ハ点)する。減速電圧はほぼQVになる(
四点)。
ブレークが検出されたので、エミッション電流Ieを、
0又はそれに近い値に落す(ホ点)。これはフィラメン
ト電流Ifを落すことにしてもよい。
0又はそれに近い値に落す(ホ点)。これはフィラメン
ト電流Ifを落すことにしてもよい。
こうすると、ブレーク状態が解除されることが多い。
つまり、ビーム電流が元の値に戻り(へ点)、加速電流
、減速電流も元のレベルに戻る(ト点、す点)、減速電
圧も回復する(チ点)。エミッション電流を元に戻す(
ヌ点)0 第4図はビーム電流と、エミッション電流の波形だけを
示す。
、減速電流も元のレベルに戻る(ト点、す点)、減速電
圧も回復する(チ点)。エミッション電流を元に戻す(
ヌ点)0 第4図はビーム電流と、エミッション電流の波形だけを
示す。
エミッション電流をO又は0に近い値にする時間を、エ
ミッション遮断時間ΔT1と呼ぶことにする。
ミッション遮断時間ΔT1と呼ぶことにする。
これは短すぎると、ブレーク状態が解除されない。反対
に長ずざると、イオン発生が長く停止することになるの
で望ましくない。たとえばΔT1は0゜5 sec程度
とする。もちろん、0.1〜10secであってもよい
。
に長ずざると、イオン発生が長く停止することになるの
で望ましくない。たとえばΔT1は0゜5 sec程度
とする。もちろん、0.1〜10secであってもよい
。
第4図で、エミッション電流の下降分ΔIeは、正常時
のエミッション電流Ieの1.0〜0.8程度テある。
のエミッション電流Ieの1.0〜0.8程度テある。
この例では、ΔI61 = 0.99Ieである。
第4図で左側の波形ワ、力は、1回のエミッション電流
遮断によってブレークが解除される場合を示す。
遮断によってブレークが解除される場合を示す。
1回ではブレークが解除されない場合もある。
この場合は1第4図右側に示すように、エミッション電
流を、1回遮断しくし点)、ΔT1後に、元に戻す(ソ
点)。しかし、ビーム電流IbがIthより大きいまま
なので、ΔT2後に、再びエミッション電流を遮断(ツ
点)する。
流を、1回遮断しくし点)、ΔT1後に、元に戻す(ソ
点)。しかし、ビーム電流IbがIthより大きいまま
なので、ΔT2後に、再びエミッション電流を遮断(ツ
点)する。
ΔTl後に、エミッション電流を回復する(ネ点)。
これでもブレークが解除されない時は、三たびエミショ
ン電流を遮断する(す点)。
ン電流を遮断する(す点)。
このように、遮断、回復を繰返すと、やがて、ブレーク
が解除されて、ビーム電流が元の値に戻る(夕点)。
が解除されて、ビーム電流が元の値に戻る(夕点)。
回復時間ΔT2は短い方がよい。長いと電源に負担がか
かるからである。しかし、あまりに短いと、ビーム電流
の測定ができない。そこで、ΔT2は0.1〜5 se
c程度でよい。この例では0.5secとなっている。
かるからである。しかし、あまりに短いと、ビーム電流
の測定ができない。そこで、ΔT2は0.1〜5 se
c程度でよい。この例では0.5secとなっている。
ここではエミッション電流Ie′It遮断することにつ
いて説明した。
いて説明した。
しかし、エミッション電流にかえて、フィラメント電流
を遮断することにしてもよい。
を遮断することにしてもよい。
フィラメント電流の場合は、熱電子放出の強さが電流に
対し非線型であるため、電流の減少量は少なくてすむ。
対し非線型であるため、電流の減少量は少なくてすむ。
3096程度減すだけで、熱電子放出を完全に停止でき
る。つまり、フィラメント電流を制御する場合は制御範
囲を狭くすることができる。
る。つまり、フィラメント電流を制御する場合は制御範
囲を狭くすることができる。
なお、一定時間経過(遮断、回復を数サイクル繰返)し
ても、ブレークが解除されない場合には、上述した二次
電子以外の異常に起因すると考えられるので、その後直
ちに運転を停止するようにしてもよいのは勿論である。
ても、ブレークが解除されない場合には、上述した二次
電子以外の異常に起因すると考えられるので、その後直
ちに運転を停止するようにしてもよいのは勿論である。
(→効 果
ブレーク発生時に於て、従来は、イオン源の機能が自動
的に停止するようになっていた。このため、対象となる
ウェハに悪影響を与えていた。それに、ブレークの原因
を除くため、点検、修繕の手数がかかることもあった。
的に停止するようになっていた。このため、対象となる
ウェハに悪影響を与えていた。それに、ブレークの原因
を除くため、点検、修繕の手数がかかることもあった。
本発明に於ては、エミッション電流又はフィラメント電
流を短時間遮断させブレーク状態を自動的に解除するよ
うにしている。このため、ブレークが発生しても、イオ
ン源を実効的に停止させる事なく運転することができる
。
流を短時間遮断させブレーク状態を自動的に解除するよ
うにしている。このため、ブレークが発生しても、イオ
ン源を実効的に停止させる事なく運転することができる
。
ウェハの品質が一定し、量産機として望ましいものにな
る。また、処理時間を実効的に短くできるから、生産性
が上る。
る。また、処理時間を実効的に短くできるから、生産性
が上る。
第1図はマイクロ波を使ったイオン処理装置の全体構成
図。 第2図は従来の制御方法を示す各部分の電圧電流波形図
。 第3図は本発明の制御方法を示す各部分の電圧電流波形
図。 第4図は本発明の制御方法を示すためのビーム電流、エ
ミッション電流の電流波形図。 1・・・・・・真空チャンバ 2・・・・・・ウェハディスク 3……ウエハ 4・・・・・・デイクク駆動装置 5・・・・・・コンダクタンスバルブ 6・・・・・・ゲートパルプ 7・・・・・・真空ポンプ 8・・・・・・制御装置 9・・・・・・コイル 10・・・・・・イオン源チャンバ 11・・・・・・マイクロ波発振器 12・・・・・・マスフローコントローラ13・・・・
・・コイル電源 14・・・・・・減速電源 15・・・・・・加速電源 16・・・・・・エミッション電源 17・・・・・・フィラメント電源 18・・・・・・中性化フィラメント 19・・・・・・ビームシャッタ 20・・・・・・ガスボンベ 21・・・・・・導波管 22・・・・・・加速電極 23・・・・・・減速電極
図。 第2図は従来の制御方法を示す各部分の電圧電流波形図
。 第3図は本発明の制御方法を示す各部分の電圧電流波形
図。 第4図は本発明の制御方法を示すためのビーム電流、エ
ミッション電流の電流波形図。 1・・・・・・真空チャンバ 2・・・・・・ウェハディスク 3……ウエハ 4・・・・・・デイクク駆動装置 5・・・・・・コンダクタンスバルブ 6・・・・・・ゲートパルプ 7・・・・・・真空ポンプ 8・・・・・・制御装置 9・・・・・・コイル 10・・・・・・イオン源チャンバ 11・・・・・・マイクロ波発振器 12・・・・・・マスフローコントローラ13・・・・
・・コイル電源 14・・・・・・減速電源 15・・・・・・加速電源 16・・・・・・エミッション電源 17・・・・・・フィラメント電源 18・・・・・・中性化フィラメント 19・・・・・・ビームシャッタ 20・・・・・・ガスボンベ 21・・・・・・導波管 22・・・・・・加速電極 23・・・・・・減速電極
Claims (1)
- 気体を導入しこれをイオン化するためのイオン源チャン
バ10と、イオン源チャンバ10内に磁界を与えるため
のコイル9と、コイル磁界によつて決まる電子のサイク
ロトロン周波数に近い周波数のマイクロ波をイオン源チ
ャンバ10に与えるマイクロ波発振器11と、イオンを
引出すためイオン源チャンバ10に続いて設けられる加
速電極22、減速電極23と、これらに電圧を印加する
加速電源15、減速電源14と、加減速電極22、23
を通過したイオンを中性化するため熱電子を放出する中
性化フィラメント18と、中性化フィラメント18を加
熱するためのフィラメント電源17と、中性化フィラメ
ント18を負電位に保つためのエミッション電源16と
、真空チャンバ1と、各電源を制御するための制御装置
とよりなり、マイクロ波によつてプラズマを発生せしめ
イオンビームとし、これを中性化してウェハに照射する
イオン処理装置において、加速電流Iaから減速電流I
dを差引いた値であるビーム電流Ibがある閾値Ith
を越えることによつてブレーク状態であることを検出し
、ブレーク状態になつた時は、遮断時間ΔT_1だけ中
性化フィラメント18のエミッション電流Ie又はフィ
ラメント電流Ifを減少させた後もとの値に回復させる
ことを特徴とするイオン処理装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20542088A JP2625942B2 (ja) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | イオン処理装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20542088A JP2625942B2 (ja) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | イオン処理装置の制御方法 |
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JP2625942B2 JP2625942B2 (ja) | 1997-07-02 |
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KR100553780B1 (ko) * | 1999-04-30 | 2006-02-20 | 닛신덴키 가부시키 가이샤 | 이온주입장치 |
CN115120892A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-30 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 打火保护方法、控制装置、医用回旋加速器和存储介质 |
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1988
- 1988-08-18 JP JP20542088A patent/JP2625942B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH0415142U (ja) * | 1990-05-28 | 1992-02-06 | ||
KR100553780B1 (ko) * | 1999-04-30 | 2006-02-20 | 닛신덴키 가부시키 가이샤 | 이온주입장치 |
CN115120892A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-30 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 打火保护方法、控制装置、医用回旋加速器和存储介质 |
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