TW201826648A - 加速器、加速器的運轉方法及使用加速器的半導體之製造方法 - Google Patents

加速器、加速器的運轉方法及使用加速器的半導體之製造方法 Download PDF

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松宮浩志
宮寺晴夫
宮本篤
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Abstract

加速器(1)具備：可以通過帶電粒子束(B)的高頻共振腔(2)；將基本頻率之電磁波輸入高頻共振腔(2)的高頻源(3)；輸出雷射光(L)的雷射輸出部(10)；藉由照射雷射光(L)來產生帶電粒子的標靶部(11)；藉由使帶電粒子朝向一方向加速來引出帶電粒子束(B)的射束引出部(12)；及進行控制以便按照與基本頻率之週期對應的時序之中之特定的時序向高頻共振腔(2)輸出帶電粒子束(B)的輸出控制部(15)。

Description

加速器、加速器的運轉方法及使用加速器的半導體之製造方法
[0001] 本發明之實施形態關於具備高頻共振腔的加速器。
[0002] 習知加速器具備可以使入射的帶電粒子束之速度變更的高頻共振腔(RF Cavity)。這樣的加速器中，係使用高頻源在高頻共振腔之內部產生規定之頻率之基本波，而且按照該基本波之頻率之整數分之一之週期使帶電粒子束重複入射到高頻共振腔之內部。這樣的例子有例如日本公開專利公報亦即特開2008-243375號公報(以下稱為專利文獻1)。
[發明所欲解決之課題] 　　[0004] 高頻共振腔中存在產生高次模(HOM)之情況，該高次模之頻率比起用於變更帶電粒子束之速度的基本波之頻率高。該高次模基於帶電粒子束所生成的電磁波在高頻共振腔之內部起共振而產生。若該高次模與帶電粒子束之入射週期一致，則於高頻共振腔之內部會貯留成為雜訊的電磁波，造成高頻共振腔發熱的課題。 　　[0005] 本發明之實施形態有鑑於這樣的事情而完成，目的在於提供可以抑制高頻共振腔之發熱的加速器技術。 [用以解決課題的手段] 　　[0006] 本發明之實施形態的加速器，其特徵為具備：高頻共振腔，可以通過帶電粒子束；高頻源，將基本頻率之電磁波輸入上述高頻共振腔；雷射輸出部，輸出雷射光；標靶部，藉由被照射上述雷射光而產生帶電粒子；射束引出部，藉由使上述帶電粒子朝一方向加速而引出帶電粒子束；輸出控制部，進行控制以便按照和上述基本頻率之週期對應的時序(timing)之中之特定的上述時序向上述高頻共振腔輸出上述帶電粒子束。 　　[0007] 本發明之實施形態的加速器的運轉方法，其特徵為包含：高頻輸入步驟，從高頻源將基本頻率之電磁波輸入高頻共振腔；雷射輸出步驟，從雷射輸出部輸出雷射光；粒子產生步驟，藉由將上述雷射光照射至標靶部來產生帶電粒子；射束引出步驟，藉由使上述帶電粒子朝一方向加速而引出帶電粒子束；輸出控制步驟，進行控制以便按照和上述基本頻率之週期對應的時序之中之特定的上述時序向上述高頻共振腔輸出上述帶電粒子束；及通過步驟，使上述帶電粒子束通過上述高頻共振腔。 [發明效果] 　　[0008] 依據本發明之實施形態，提供可以抑制高頻共振腔之發熱的加速器技術。
[0010] (第1實施形態) 　　以下，依據添付圖面說明本實施形態。首先，使用圖1~圖3說明第1實施形態。圖1之符號1係使帶電粒子束B加速的加速器。又，該加速器1示出使帶電粒子束B在一條直線上進行加速的線性加速器。 　　[0011] 又，加速器1具備：高頻共振腔2，可以通過帶電粒子束B；高頻源3，用於將基本頻率之電磁波亦即高頻(RF：Radio Frequency)輸入至高頻共振腔2；射束產生裝置4，用於產生帶電粒子束B；及主控制部5，對高頻源3與射束產生裝置4進行控制。又，圖1中，為了幫助理解而示出簡化的構成，但於加速器1可以包含彼等裝置以外之裝置。 　　[0012] 又，高頻共振腔2具備以球體被擠成扁平形狀而成的複數個腔體6。彼等腔體6沿著帶電粒子束B之行進方向並列配置。另外，腔體6之中央部被貫通而以直線狀形成可以通過帶電粒子束B的路徑。又，入射至高頻共振腔2之內部的高頻，係對應於腔體6之內部形狀重複進行反射。於高頻共振腔2之內部生成基本波(駐波)。 　　[0013] 另外，於高頻共振腔2之端部透過RF輸入部7連接有高頻源3。又，高頻源3將基本頻率之電磁波K(高頻K)輸入至高頻共振腔2。又，高頻源3具備對輸入至高頻共振腔2的高頻K進行控制的高頻控制部8。該高頻控制部8具備進行基本頻率之設定的頻率設定部9。如後述說明，該頻率設定部9係對應於在規定期間內被選取的雷射光L之脈衝的比例來提高基本頻率的設定。 　　[0014] 又，高頻共振腔2藉由從高頻源3輸入高頻K而在其內部產生基本波(駐波)。又，高頻共振腔2之內部產生的基本波之頻率係由高頻源3輸入的高頻K之頻率進行控制。 　　[0015] 又，射束產生裝置4按照基本波之頻率之整數分之一之週期使帶電粒子束B重複入射至高頻共振腔2之內部。又，藉由適當地變更帶電粒子束B相對於高頻共振腔2之駐波的入射之時序、或高頻K相對於帶電粒子束B之入射時序的位相，可以對入射的帶電粒子束B之速度進行加速或減速。 　　[0016] 又，高頻共振腔2因為產生基本波而發熱，因此熱導率(Thermal Conductivity)大且電阻小的金屬材料為佳。該高頻共振腔2由鈮材等之超電導材料構成。又，鈮材包含鈮單體及鈮與其他金屬(銅等)之合金。高頻共振腔2藉由冷卻裝置(圖示省略)被冷卻至極低溫(約2K)。如此般，冷卻後的高頻共振腔2轉移為電阻無限度成為零的超導狀態。藉由高頻共振腔2構成為超電導狀態可以高效率地進行帶電粒子束B之速度變更。 　　[0017] 又，射束產生裝置4具備：輸出雷射光L的雷射輸出部10；藉由照射雷射光L來產生帶電粒子的標靶11；藉由使標靶11所產生的帶電粒子朝向一方向加速而將帶電粒子束B引出的引出電極12；連接於標靶11及引出電極12的直流電源13；設於雷射輸出部10與標靶11之間，且可以遮斷雷射光L的光調變部14；及對雷射輸出部10及光調變部14進行控制的輸出控制部15。又，第1實施形態中，引出電極12成為射束引出部。 　　[0018] 又，雷射輸出部10所輸出的雷射光L係被照射至標靶11。於標靶11產生帶電粒子。產生的帶電粒子透過引出電極12朝一方向被加速，成為帶電粒子束B並入射至高頻共振腔2。 　　[0019] 又，主控制部5，被連接於高頻控制部8及輸出控制部15，對高頻源3及射束產生裝置4進行控制。又，主控制部5或輸出控制部15或高頻控制部8，係包含具有處理器或記憶體等之硬體資源，藉由CPU執行各種程式，使用硬體資源來實現基於軟體的資訊處理的電腦。 　　[0020] 又，從射束產生裝置4入射至高頻共振腔2的帶電粒子束B係脈衝列之射束(脈衝波)。另外，輸出控制部15藉由對照射至標靶11的雷射光L之時序進行控制，來對帶電粒子束B之輸出之時序進行控制。本實施形態中，帶電粒子束B係按與高頻共振腔2之內部所產生的基本波之基本頻率之週期對應的時序被輸出。 　　[0021] 於此，對高頻共振腔2之內部產生的高次模(HOM：Higher Order Mode)進行詳細說明。例如存在於高頻共振腔2之內部的高頻(基本波)之頻率成分，僅有從高頻源3輸入的高頻K之頻率是理想的。但是，帶電粒子束B之加減速，係基於保存於高頻共振腔2內的高頻之能量在高頻共振腔2與帶電粒子束B之間進行授受而實現。因此在帶電粒子束B之加減速之際，高頻共振腔2之內部之高頻受到干擾。因此，在高頻共振腔2之內部產生與從高頻源3輸入的高頻K為不同的頻率成分之情況存在。 　　[0022] 例如帶電粒子束B之脈衝列之電流之時間變化可以視為週期δ函數。對其實施傅立葉轉換(Fourier transformation)時具有基本頻率之整數倍之頻率成分。其成為保存於高頻共振腔2的高頻受到的干擾之頻率成分。 　　[0023] 若是理想的高頻共振腔2，在其內部共振獲得的高頻之頻率僅為基本波及其整數倍之頻率。另一方面，現實之高頻共振腔2之內部形狀具有3維形狀，因此除了基本頻率以外亦具有各樣的共振頻率。除了彼等基本模以外在高頻共振腔2之內部產生的電磁場之頻率成分被稱為高次模。 　　[0024] 如前述說明，入射至高頻共振腔2的射束係具有基本頻率之整數分之一之頻率。帶電粒子束B之加速或減速係基於與高頻共振腔2之能量之授受。基於該被授受的能量持有起因於帶電粒子束B的頻率，因此高頻共振腔2之高次模存在與帶電粒子束B所持有的頻率成分之其中之一一致的情況。該情況下，在高頻共振腔2之內部滯留成為雜訊的電磁波，造成高頻共振腔2發熱。該發熱有成為高頻共振腔2之變形或超導狀態之破壞(失超(Quench))之主要原因之虞。又，基於成為雜訊的電磁波，會導致次一進行加速的帶電粒子束B受到干擾，無法正常加速，或者帶來帶電粒子束B之形狀崩散等之不良影響之情況。 　　[0025] 於此，本實施形態中，藉由按照不固定的間隔選取(隨機抽取)入射到高頻共振腔2的帶電粒子束B之脈衝列，來分散或衰減帶電粒子束B所持有的頻率成分。如此則可以抑制高次模之產生，可以抑制高頻共振腔2之發熱。 　　[0026] 又，射束產生裝置4按照從與基本頻率之週期對應的固定間隔之時序之中被選取的特定的時序向高頻共振腔2輸出帶電粒子束B。第1實施形態中，使用光調變部14選取雷射光L之脈衝列，據此來選取帶電粒子束B之脈衝列。亦即，雷射光L之選取與帶電粒子束B之選取係同義。 　　[0027] 於此，對射束產生裝置4所輸出的帶電粒子束B之輸出態樣進行詳細說明。射束產生裝置4之輸出控制部15具備：針對在規定期間內雷射光L之脈衝被選取的比例進行設定的比例設定部16；按照與基本頻率之週期調諧的固定間隔之週期(調諧時序)將調諧信號U輸出的調諧部17；將成為雷射輸出部10輸出雷射光L的契機之觸發信號G予以輸出的信號輸出部18；按照與基本頻率之週期調諧的固定間隔之週期將亂數R予以輸出的亂數輸出部19；及將控制光調變部14的選取信號S予以輸出的選取部20。 　　[0028] 又，第1實施形態之光調變部14包含光開關。又，光開關係指可以對光之通過(ON)或遮斷(OFF)進行切換的元件。第1實施形態中使用EO調變器(電光調變器，electro-optic modulators)作為光開關。又，EO調變器係利用電氣控制來進行光之偏向控制，將電氣光學結晶與偏光子予以組合而變化光之強弱的元件。又，作為其他實施形態亦可以使用微電機式(MEMS, Micro Electronic Mechanical System)之光開關或機械式之光開關等。 　　[0029] 第1實施形態中，光調變部14係對朝向標靶11行進的雷射光L之通過(ON)或遮斷(OFF)進行切換。又，雷射輸出部10與標靶11之間之光路可以由光纖等構成。如此般，藉由對雷射光L照射至標靶11之照射時序進行控制，來對帶電粒子束B之輸出時序進行控制。 　　[0030] 又，信號輸出部18對應於從調諧部17輸出的調諧信號U(調諧時序)而進行觸發信號G之輸出之控制。另外，選取部20對應於從調諧部17輸出的調諧信號U及從亂數輸出部19輸出的亂數R進行選取信號S之輸出之控制。 　　[0031] 又，與基本頻率之週期調諧的固定間隔之週期，可以是與基本頻率同一的週期，亦可以是基本頻率之整數分之一週期。又，以下之說明中，為了方便理解，而針對調諧部17所輸出的調諧信號U之輸出時序與基本頻率之週期為同一者進行說明。 　　[0032] 如圖2所示，假設從高頻源3輸入高頻共振腔2的高頻K之基本頻率之週期為T1~T20。按照與彼等週期T1~T20一致的時序使帶電粒子束B入射至高頻共振腔2，則可以進行帶電粒子束B之加減速。於此，輸出控制部15之調諧部17，係按照與基本頻率之週期T1~T20一致的時序輸出調諧信號U。又，信號輸出部18係對應於調諧信號U輸出觸發信號G。因此雷射輸出部10輸出的時點之雷射光L之脈衝列係和基本頻率之週期T1~T20一致。 　　[0033] 又，調諧信號U亦被輸入選取部20。於該選取部20被輸入有從亂數輸出部19輸出的亂數R。又，亂數R係，二進位的隨機(不規則)之值。亂數輸出部19中藉由亂數生成器生成規定之亂數列。又，亂數輸出部19隨機輸出「0」或「1」之數值。又，輸出10進位或16進位之隨機之值，將該輸出的值轉換為「0」或「1」來輸出亂數列亦可。又，亂數輸出部19所輸出的亂數R係對應於調諧信號U(基本頻率之週期T1~T20)被輸出。 　　[0034] 又，選取部20係對應於調諧信號U及亂數R來控制選取信號S之輸出。光調變部14依據選取信號S對雷射光L之通過(ON)及遮斷(OFF)進行控制。例如被輸入有調諧信號U時，若與該調諧信號U對應的亂數R為「0」之情況下，選取部20使用光調變部14進行雷射光L之遮斷。另一方面，與調諧信號U對應的亂數R為「1」之情況下，選取部20不進行使用光調變部14的雷射光L之遮斷，而是使雷射光L通過。 　　[0035] 又，被光調變部14遮斷的雷射光L未照射至標靶11。另一方面，未被光調變部14遮斷的雷射光L會被照射至標靶11並產生帶電粒子束B，該帶電粒子束B入射至高頻共振腔2。 　　[0036] 亦即，雷射光L之照射時序，換言之帶電粒子束B之輸出時序係藉由亂數輸出部19之亂數R進行控制。又，對應於亂數R來決定雷射光L之照射時序，因此入射至高頻共振腔2的帶電粒子束B之脈衝列可以按不固定的間隔被選取。如此則，基於按照不固定的間隔來輸出帶電粒子束B，因此可以防止高頻共振腔2之內部之高次模之產生。 　　[0037] 如前述說明，一個雷射光L之照射時序與次一個雷射光L之照射時序之間的間隔不固定，可以對應於亂數R適當地變更。亦即，本實施形態中，一個帶電粒子束B被輸出的時序與次一個帶電粒子束B被輸出的時序之間的間隔係可以變更的。如此則，重複被輸出的帶電粒子束B的時序可以推移，因此可以防止高頻共振腔2之內部之共振現象。 　　[0038] 又，在比例設定部16事先設定有在規定期間內被選取的雷射光L之照射時序的比例。亂數輸出部19對應於比例設定部16所設定的選取比例來設定亂數R之出現態樣。例如選取雷射光L之照射時序之50%之情況下，將亂數輸出部19所輸出的亂數R中「0」之出現機率設為50%即可。又，可以適當地變更在規定期間內被選取的雷射光L之照射時序的比例。 　　[0039] 於此，選取帶電粒子束B將其輸出會造成帶電粒子束B之平均電流(平均能量)之減少。因此為了獲得目標之平均電流，需要對事先選取的比例進行調整來提高基本頻率。例如按照特定的重複頻率入射至高頻共振腔2的帶電粒子束B之脈衝列之電流成分，係具有集中於該頻率之整數倍的頻率成分。依據維納-辛欽定理(Wiener-Khinchin theorem)，該帶電粒子束B接受調變之頻譜(spectrum)可以用以下之公式1表示。 　　[0040][0041] 其中，C(t)係以射束電流作為信號列時的自相關函數(autocorrelation function)之期待值。又，(基本頻率f1)=(1/間隔δt)之脈衝列時，各脈衝按照機率P被選取的之情況下，信號列P(t)可以用以下之公式2表示。 　　[0042][0043] 其中，bn在機率P時成為1，在(1-P)時為0，因此自相關之期待值可以用以下之公式3表示。 　　[0044][0045] 將該期待值代入公式1可得以下之公式4。 　　[0046][0047] 其中，ω=2πn/Δt。亦即，僅在f=nf1=n/Δt時持有值(不為零)。另外，基本頻率f1有必要對已選取帶電粒子束B的部分之電流值進行補償。因此基本頻率f1變為大於不適用本發明的情況之頻率f0(f1之頻率高於f0之頻率)。亦即，按機率50%選取帶電粒子束B之情況下成為f1=2×f0。因此高頻共振腔2之內部所產生的高次模成為不適用本發明的情況之f=f0×n/Δt之一半，亦即成為f=f0×n/2Δt。因此，無需變化射束電流、射束脈衝之本性即可抑制整體之發熱，可以抑制高頻共振腔2中高次模引起的發熱。 　　[0048] 又，藉由提高基本頻率f1而使基本頻率f1之頻率成分變為少於不適用本發明的情況之頻率f0之頻率成分。例如假設f1之頻率設為1.3GHz，f0之頻率為f1之一半之頻率之650MHz。該情況下，f0之頻率成分成為650MHz、1.3GHz、1.95GHz、2.6GHz、3.25GHz、3.9GHz…。另一方面，f1之頻率成分成為1.3GHz、2.6GHz、3.9GHz…。如此則f1之頻率成分變為少於f0之頻率成分。因此藉由提高基本頻率f1，可以減少在高頻共振腔2之內部產生共振現象之可能性(機率)。 　　[0049] 如圖1所示，輸出控制部15對應於由主控制部5輸入的控制資訊C而對比例設定部16進行雷射光L之照射時序之選取比例W之設定。又，比例設定部16將所設定的選取比例W輸出至高頻控制部8之頻率設定部9。又，該選取比例亦被輸出至亂數輸出部19。另外，頻率設定部9對應於選取比例W進行基本頻率之設定。又，高頻控制部8依據所設定的基本頻率將控制信號N輸出至高頻源3並進行控制。 　　[0050] 頻率設定部9將設定的基本頻率之頻率資訊F輸出至比例設定部16。又，比例設定部16將頻率資訊F輸出至調諧部17及亂數輸出部19。調諧部17及亂數輸出部19依據頻率資訊F將調諧信號U及將亂數R予以輸出。 　　[0051] 又，輸出控制部15依據亂數輸出部19所輸出的亂數R來選取雷射光L之照射時序，據此，可以隨機選取彼等時序。又，頻率設定部9對應於在規定期間內所選取的雷射光L之照射時序的比例來進行提高基本頻率的設定，據此，可以防止從高頻共振腔2輸出的帶電粒子束B之平均能量之減少。 　　[0052] 第1實施形態中，藉由光調變部14適當地遮斷按照固定間隔之週期被輸出的雷射光L，據此，可以選取特定的雷射光L之脈衝。另外，藉由使用光調變部14，可以簡單的構成選取帶電粒子束B之輸出時序。 　　[0053] 又，射束產生裝置4可以是以射束狀輸出電子線的電子槍。例如以光電陰極部(photocathode)作為標靶11，以陽極部作為引出電極12。藉由使從雷射輸出部10輸出的雷射光L照射至標靶11(陰極部)所產生的光電效應，來產生作為帶電粒子之光電子。如前述說明，藉由適當地選取該光電子之產生時序，可以構成能抑制高頻共振腔2之發熱的電子槍。 　　[0054] 又，射束產生裝置4亦可以是以射束狀輸出陽離子的離子源。例如以離子標靶部作為標靶11，以陰極部作為引出電極12。使雷射輸出部10輸出的雷射光L照射至標靶11(離子標靶部)來產生消融電漿(ablation plasma)，藉由該消融電漿產生作為帶電粒子之陽離子。如前述說明，藉由適當地選取該陽離子之產生時序，能構成可以抑制高頻共振腔2之發熱的離子源。 　　[0055] 接著，使用圖3對第1實施形態之加速器1之運轉方法進行說明。又，於流程圖之各步驟之說明中，例如將記載為「步驟S11」之處略記為「S11」。 　　[0056] 首先，高頻控制部8之頻率設定部9依據從輸出控制部15之比例設定部16輸入的選取比例W對基本頻率進行設定(S11)。接著，高頻控制部8控制高頻源3將基本頻率之高頻K(電磁波K)輸入至高頻共振腔2(S12：高頻輸入步驟)。 　　[0057] 接著，輸出控制部15之調諧部17及亂數輸出部19取得依據頻率設定部9所設定的基本頻率而將雷射光L入射至高頻共振腔2之調諧時序(基本頻率之週期)(S13)。接著，調諧部17按照與調諧時序一致的時序將調諧信號U輸出至信號輸出部18。被輸入有調諧信號U的信號輸出部18，係按照調諧時序將觸發信號G輸出至雷射輸出部10(S14)。 　　[0058] 接著，被輸入有觸發信號G的雷射輸出部10，係按照調諧時序輸出雷射光L(S15：雷射輸出步驟)。接著，選取部20從亂數輸出部19取得與調諧時序對應的亂數R(S16)。接著，選取部20依據取得的亂數R對光調變部14進行控制，選取與基本頻率之週期對應的調諧時序之中之特定時序之雷射光L之脈衝(S17：輸出控制步驟)。 　　[0059] 接著，按照特定的時序將雷射光L照射至標靶11而產生帶電粒子(S18：粒子產生步驟)。接著，引出電極12使帶電粒子朝向一方向加速而將帶電粒子束B引出，帶電粒子束B從射束產生裝置4被輸出(S19：射束引出步驟)。接著，帶電粒子束B通過高頻共振腔2(S20：通過步驟)。 　　[0060] (第2實施形態) 　　接著，使用圖4~圖6對第2實施形態之加速器1A進行說明。又，和前述的實施形態所示構成部分同一的構成部分被附加同一符號並省略重複說明。 　　[0061] 於第2實施形態之加速器1A中，作為前述第1實施形態之引出電極12之取代，而設置輸出用高頻共振腔21。又，第2實施形態中，輸出用高頻共振腔21成為射束引出部。又，第1實施形態中，係由光調變部14進行雷射光L之脈衝之選取，但第2實施形態中，係藉由觸發信號G之輸出之有無進行雷射光L之脈衝之選取。 　　[0062] 如圖4所示，輸出用高頻共振腔21設於與標靶11近接的位置。又，於輸出用高頻共振腔21之端部透過RF輸入部22連接有高頻源23。輸出用高頻共振腔21係藉由使標靶11所產生的帶電粒子朝向一方向加速而將帶電粒子束B引出。該輸出用高頻共振腔21所引出的帶電粒子束B，係被入射至主要的高頻共振腔2。 　　[0063] 又，輸出用高頻共振腔21係藉由輸出用高頻控制部24所輸出的控制信號N進行控制。又，輸出控制部15A之比例設定部16係將頻率資訊F輸出至調諧部17及亂數輸出部19，而且亦將頻率資訊F輸出至輸出用高頻控制部24之頻率設定部25。該頻率設定部25依據頻率資訊F進行基本頻率之設定。輸出用高頻控制部24依據所設定的基本頻率從高頻源23將高頻K輸入高頻共振腔2。 　　[0064] 第2實施形態之輸出控制部15A之選取部20係將選取信號S輸入信號輸出部18。又，信號輸出部18按照與從選取部20輸出的選取信號S對應的特定的時序將觸發信號G予以輸出。亦即，該選取部20按照不固定的間隔來選取觸發信號G之輸出時序。雷射輸出部10按照與基本頻率之週期調諧的固定間隔之週期亦即調諧時序之中之特定的時序將雷射光L輸出。 　　[0065] 如圖5所示，將從高頻源3輸入至高頻共振腔2的高頻K之基本頻率之週期設為T1~T20。於此，輸出控制部15A之調諧部17按照與基本頻率之週期T1~T20一致的時序將調諧信號U輸出至信號輸出部18及選取部20。又，亂數輸出部19所輸出的亂數R，係和調諧信號U(基本頻率之週期T1~T20)對應而被輸出。該亂數R被輸入至選取部20。 　　[0066] 另外，選取部20係對應於調諧信號U及亂數R而將選取信號S輸出至信號輸出部18。例如在被輸入有調諧信號U時，且與該調諧信號U對應的亂數R為「0」之情況下，選取部20將表示不輸出觸發信號G之意旨的選取信號S輸出至信號輸出部18。另一方面，與調諧信號U對應的亂數R為「1」之情況下，將表示輸出觸發信號G的意旨之選取信號S輸出至信號輸出部18。又，信號輸出部18係和從調諧部17輸入的調諧信號U及從選取部20輸入的選取信號S對應地控制觸發信號G之輸出之有無。 　　[0067] 又，雷射輸出部10係和從信號輸出部18輸出的觸發信號G對應來輸出雷射光L。雷射輸出部10所輸出的雷射光L，被照射至標靶11而產生帶電粒子束B，該帶電粒子束B被入射至高頻共振腔2。 　　[0068] 亦即，雷射光L之輸出時序，換言之帶電粒子束B之輸出時序係由亂數輸出部19之亂數R進行控制。另外，與亂數R對應地決定雷射光L之輸出時序，因此入射至高頻共振腔2的帶電粒子束B之脈衝列可以按照不固定的間隔進行選取。如此則，可以按照不固定的間隔輸出帶電粒子束B，因此可以防止高頻共振腔2之內部之高次模之產生。 　　[0069] 如此般第2實施形態中，係依據亂數輸出部19所輸出的亂數R來控制信號輸出部18之觸發信號G之輸出之有無，因此可以不必使用光調變部14等之元件，因此可以藉由簡單的構成來選取帶電粒子束B之輸出時序。 　　[0070] 又，第2實施形態之射束產生裝置4A中，可以是將標靶11設為光電陰極部的電子槍，亦可以是將標靶11設為離子標靶部的離子源。 　　[0071] 接著，使用圖6說明第2實施形態之加速器1A之運轉方法。首先，高頻控制部8之頻率設定部9依據從輸出控制部15A之比例設定部16輸入的選取比例W對基本頻率進行設定(S21)。接著，高頻控制部8對高頻源3進行控制，將基本頻率之高頻K(電磁波K)輸入至高頻共振腔2(S22：高頻輸入步驟)。 　　[0072] 接著，輸出控制部15A之調諧部17及亂數輸出部19取得依據頻率設定部9所設定的基本頻率而使雷射光L入射至高頻共振腔2之調諧時序(基本頻率之週期)(S23)。接著，選取部20由亂數輸出部19取得與調諧時序對應的亂數R(S24)。選取部20對應於調諧信號U及亂數R而將選取信號S輸出至信號輸出部18。 　　[0073] 接著，信號輸出部18依據從選取部20輸入的選取信號S來選取與基本頻率之週期對應的調諧時序之中之特定時序之觸發信號G之脈衝(S25：輸出控制步驟)。接著，信號輸出部18按照特定的時序將觸發信號G輸出至雷射輸出部10(S26)。接著，被輸入有觸發信號G的雷射輸出部10，係按照特定的時序輸出雷射光L(S27：雷射輸出步驟)。 　　[0074] 接著，使雷射光L按照特定的時序照射至標靶11而產生帶電粒子(S28：粒子產生步驟)。接著，輸出用高頻共振腔21使帶電粒子朝向一方向加速並將帶電粒子束B引出，由射束產生裝置4A輸出帶電粒子束B(S29：射束引出步驟)。接著，帶電粒子束B通過高頻共振腔2(S30：通過步驟)。 　　[0075] 依據第1實施形態~第2實施形態說明本實施形態的加速器，但可以將任一之實施形態中適用的構成適用於其他實施形態，亦可以將各實施形態中適用的構成進行組合。例如第1實施形態之引出電極12可以適用於第2實施形態之射束產生裝置4A，第2實施形態之輸出用高頻共振腔21可以適用於第1實施形態之射束產生裝置4。 　　[0076] 又，本實施形態中，作為本發明適用的加速器而示出線性加速器，但本發明亦適用於迴旋加速器(cyclotron)或同步加速器(synchrotron)等之圓形加速器。又，帶電粒子通過磁場中受到勞侖茲力(Lorenz force)作用而使軌道彎曲。利用此一原理使帶電粒子描繪出圓形之舉動並且進行加速的加速器是為圓形加速器。 　　[0077] 本實施形態之加速器1(1A)可以使用於半導體之製造裝置(半導體製造用離子植入裝置)。例如在使用本實施形態之加速器的半導體之製造方法中，包含在前述之S20或S30之通過步驟之後，使帶電粒子束B照射至特定之基板(半導體)的照射步驟。藉由使通過高頻共振腔2的帶電粒子束B(離子)照射至基板，該離子被植入基板。例如使硼、磷或砷等之元素離子化，使該離子通過加速器進行加速，而將其植入矽、砷化鎵、碳化矽或玻璃板表面之多晶矽薄膜等之基板。如此則，可以變化半導體之電氣特性。另外，藉由使用加速器照射離子，可以將離子植入至基板之較深位置。 　　[0078] 本實施形態之加速器1(1A)可以使用於半導體之製造裝置(半導體製造用微影成像(Lithography))。例如使用本實施形態之加速器的半導體之製造方法中，包含：在前述之S20或S30之通過步驟之後，藉由使帶電粒子束B(電子)入射至規定之波蕩器(Undulator)(將N極S極交替並列而成的磁鐵列)，而進行放射光產生或自由電子雷射震盪的光產生步驟；及藉由產生的光進行半導體電路之微影成像的微影成像步驟。依據本實施形態，可以加速更大電流之射束，可以從通過高頻共振腔2的大電流之帶電粒子束B(電子)產生高輸出之光。據此而進行微影成像可以實現高生產能力(Throughput)的電路製造。又，藉由波蕩器的光產生，可以自由選擇波長。因此可以使用更短波長之光、例如可以使用13.5nm之極紫外光來進行EUV(Extreme ultraviolet lithography)微影成像，可以實現持有更微細的電路線寬的半導體電路之製造。 　　[0079] 依據以上說明的實施形態，藉由具有輸出控制部，該輸出控制部按照與基本頻率之週期對應的時序之中之特定的時序向高頻共振腔輸出帶電粒子束，據此可以防止高頻共振腔之發熱。 　　[0080] 說明本發明之幾個實施形態，但彼等實施形態僅為例示，並非用來限定發明之範圍。彼等實施形態可以其他各樣的形態實施，在不脫離發明之要旨範圍內，可以進行各種之省略、置換、變更、組合。彼等實施形態或其變形亦包含於發明之範圍或要旨，同樣亦包含於申請專利範圍記載的發明及與其均等之範圍。
[0081]
1(1A)‧‧‧加速器
2‧‧‧高頻共振腔
3‧‧‧高頻源
4(4A)‧‧‧射束產生裝置
5‧‧‧主控制部
6‧‧‧腔體
7‧‧‧RF輸入部
8‧‧‧高頻控制部
9‧‧‧頻率設定部
10‧‧‧雷射輸出部
11‧‧‧標靶部
12‧‧‧引出電極
13‧‧‧直流電源
14‧‧‧光調變部
15(15A)‧‧‧輸出控制部
16‧‧‧比例設定部
17‧‧‧調諧部
18‧‧‧信號輸出部
19‧‧‧亂數輸出部
20‧‧‧選取部
21‧‧‧輸出用高頻共振腔
22‧‧‧RF輸入部
23‧‧‧高頻源
24‧‧‧輸出用高頻控制部
25‧‧‧頻率設定部
[0009] 　　[圖1]表示第1實施形態之加速器的圖。 　　[圖2]表示觸發信號及雷射光之時序的時序圖。 　　[圖3]表示加速器的運轉方法的流程圖。 　　[圖4]表示第2實施形態之加速器的圖。 　　[圖5]表示觸發信號及雷射光之時序的時序圖。 　　[圖6]表示加速器的運轉方法的流程圖。

Claims (14)

  1. 一種加速器，其特徵為具備： 　　高頻共振腔，可以通過帶電粒子束； 　　高頻源，將基本頻率之電磁波輸入上述高頻共振腔； 　　雷射輸出部，輸出雷射光； 　　標靶部，藉由被照射上述雷射光而產生帶電粒子； 　　射束引出部，藉由使上述帶電粒子朝一方向加速而引出帶電粒子束；及 　　輸出控制部，進行控制以便按照和上述基本頻率之週期對應的時序之中之特定的上述時序向上述高頻共振腔輸出上述帶電粒子束。
  2. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　上述輸出控制部，係按照不固定的間隔來選取與上述基本頻率之週期調諧的固定間隔之上述時序。
  3. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　上述輸出控制部，係對一個上述帶電粒子束被輸出的上述時序與次一個上述帶電粒子束被輸出的上述時序之間的間隔進行變更。
  4. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　具備：亂數輸出部，用於輸出與上述基本頻率之週期對應的亂數； 　　上述輸出控制部，係依據上述亂數輸出部所輸出的上述亂數來選取上述時序。
  5. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　具備：頻率設定部，其與在規定期間內所選取的上述時序之比例對應地將上述基本頻率予以提高。
  6. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中具備： 　　信號輸出部，用於輸出觸發信號，該觸發信號成為上述雷射輸出部輸出上述雷射光的契機； 　　調諧部，使上述觸發信號之輸出時序與上述基本頻率之固定間隔之週期調諧；及 　　選取部，按照不固定的間隔選取從上述雷射輸出部輸出的上述雷射光。
  7. 如申請專利範圍第6項之加速器，其中 　　具備：光調變部，其設於上述雷射輸出部與上述標靶部之間，可以遮斷上述雷射光。
  8. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中具備： 　　信號輸出部，用於輸出觸發信號，該觸發信號成為上述雷射輸出部輸出上述雷射光的契機； 　　調諧部，使上述觸發信號之輸出時序與上述基本頻率之固定間隔之週期調諧；及 　　選取部，按照不固定的間隔選取上述觸發信號之輸出時序。
  9. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　上述射束引出部，係形成使上述帶電粒子朝一方向加速之電場的電極。
  10. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　上述射束引出部，係形成使上述帶電粒子朝一方向加速之電場的輸出用高頻共振腔。
  11. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　上述標靶部為陰極部，藉由上述雷射光被照射至該陰極部所產生的光電效應，來產生作為上述帶電粒子之電子。
  12. 如申請專利範圍第1項之加速器，其中 　　上述標靶部為離子標靶部，藉由上述雷射光被照射至該離子標靶部所產生的消融電漿，來產生作為上述帶電粒子之離子。
  13. 一種加速器的運轉方法，其特徵為包含： 　　高頻輸入步驟，從高頻源將基本頻率之電磁波輸入高頻共振腔； 　　雷射輸出步驟，從雷射輸出部輸出雷射光； 　　粒子產生步驟，藉由將上述雷射光照射至標靶部來產生帶電粒子； 　　射束引出步驟，藉由使上述帶電粒子朝一方向加速而引出帶電粒子束； 　　輸出控制步驟，進行控制以便按照和上述基本頻率之週期對應的時序之中之特定的上述時序向上述高頻共振腔輸出上述帶電粒子束；及 　　通過步驟，使上述帶電粒子束通過上述高頻共振腔。
  14. 一種使用加速器的半導體之製造方法，其特徵為包含： 　　高頻輸入步驟，從高頻源將基本頻率之電磁波輸入高頻共振腔； 　　雷射輸出步驟，從雷射輸出部輸出雷射光； 　　粒子產生步驟，藉由將上述雷射光照射至標靶部來產生帶電粒子； 　　射束引出步驟，藉由使上述帶電粒子朝一方向加速而引出帶電粒子束； 　　輸出控制步驟，進行控制以便按照和上述基本頻率之週期對應的時序之中之特定的上述時序向上述高頻共振腔輸出上述帶電粒子束； 　　通過步驟，使上述帶電粒子束通過上述高頻共振腔； 　　光產生步驟，使通過上述高頻共振腔的上述帶電粒子束入射至波蕩器而產生光；及 　　微影成像步驟，使用所產生的上述光進行電子電路之微影成像。
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