TWI844934B - 勵磁機、諧振器及操作線性加速器的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於高頻諧振器的勵磁機。勵磁機可包
含：勵磁機線圈內部部分，沿著勵磁機軸線延伸；以及勵磁機線圈回路，安置在勵磁機線圈內部部分的遠端。勵磁機還可包含驅動機構，包含一旋轉元件以使勵磁機線圈回路圍繞勵磁機軸線旋轉。
Description
本公開大體上涉及離子植入裝置，且更特定地，涉及高能量束線離子植入機。
相關申請的交叉引用
本申請案主張2021年10月20日申請的美國臨時專利申請案序號17/506,185號的優先權，所述美國臨時專利申請案名稱為“具有旋轉勵磁機的諧振器、線性加速器配置以及離子植入系統(RESONATOR,LINEAR ACCELERATOR CONFIGURATION AND ION IMPLANTATION SYSTEM HAVING ROTATING EXCITER)”且以全文引用的方式併入本文中。
離子植入是經由離子轟擊將摻雜劑或雜質引入到基底中的工藝。離子植入系統可包括離子源和一系列束線元件。離子源可包括產生離子的腔室。離子源還可包括鄰近腔室安置的電源和提取電極組合件。束線元件可包含，例如，品質分析器、第一加速或減速級、准直器和第二加速或減速級。與用於操控光束的一
系列光學透鏡非常相似的是，束線元件能過濾、聚焦以及操控具有特定種類、形狀、能量和/或其它品質的離子或離子束。離子束穿過束線組件且可引導朝向安裝於壓板或夾鉗上的基底。
能夠產生約1兆電子伏或更大的離子能量的植入裝置通常稱為高能量離子植入機或高能量離子植入系統。高能量離子植入機的一種類型使用線性加速器或LINAC作為離子加速級，其中佈置為管的一系列電極沿連續管將離子束傳導且加速到越來越高的能量，其中電極接收RF電壓信號。已知(RF)LINAC由在13.56兆赫茲至120兆赫茲與之間的頻率處施加的RF電壓驅動。
在已知LINAC中(出於簡潔的目的，如本文中所使用的術語LINAC可指使用RF信號加速離子束的RF LINAC)，為了達到目標最終能量，諸如一個兆電子伏、若干兆電子伏或更大，離子束可在多個加速級中加速。LINAC的各連續級可接收越來越高的能量的離子束，且使離子束加速到仍更高的能量。LINAC的給定加速級可採用具有一個RF供電電極的所謂的雙間隙配置，或具有兩個RF供電電極的所謂的三間隙配置。
給定加速級還可包含諧振器，以在所選擇的RF頻率處用RF電壓驅動RF電極。關於諧振器的已知配置的實例包含具有螺線管線圈的螺線管諧振器，所述螺線管線圈大體上限定圓形圓柱形形狀，所述線圈由電接地的圓柱形諧振器密封容器(RF外殼)環繞。從電磁的角度來看，諧振器是由線圈作為電感元件組成的RLC振盪電路且諧振器能作為電容元件。在諧振時，能量週期性
地從存儲在線圈中的磁能轉換成靜電能量，作為供電RF電極之間的電壓差。在這些螺線管配置中，勵磁機線圈設置在諧振器密封容器內部但在諧振器線圈外部以產生以磁性方式耦合到諧振器線圈的RF信號。特定地，在諧振RF空腔中，RF能量從RF產生器傳輸到RLC振盪電路。對於給定輸入RF電力，諧振器的並聯阻抗(the shunt impedance；Zsh)越高，可用加速電壓越高。必要的RF能量通過RF勵磁機(勵磁機)從RF產生器傳輸到RLC電路。在諧振空腔的操作中，勵磁機發揮雙重作用：i)匹配RF產生器的輸出阻抗(所述阻抗可以是50歐姆)，並且ii)最大化從RF產生器到RLC電路的電力傳輸。
最近，已提議所謂的環形諧振器用於在加速級中使用，其中諧振器線圈限定環形形狀且環繞的密封容器(空腔)具有圓柱形形狀。此配置可產生諧振器內的閉合磁場拓撲。在這種配置中，與已知螺線管設計相比，勵磁機的放置可需要調整，這是因為磁場一般圍封在諧振器線圈的回路內。
關於這些和其它考慮因素來提供本公開。
在一個實施例中，提供高頻諧振器的勵磁機。勵磁機可包含：勵磁機線圈內部部分，沿著勵磁機軸線延伸；以及勵磁機線圈回路，安置在勵磁機線圈內部部分的遠端。勵磁機還可包含驅動機構，包含至少一旋轉元件以使勵磁機線圈回路圍繞勵磁機
軸線旋轉。
在另一實施例中，提供用於線性加速器的諧振器。諧振器可包含環形諧振器線圈，限定環形形狀以及勵磁機，至少部分地安置在環形諧振器線圈內。勵磁機可包含：勵磁機線圈內部部分，沿著勵磁機軸線延伸；以及勵磁機線圈回路，安置在勵磁機線圈內部部分的遠端。勵磁機還可具有驅動機構，包含至少一旋轉元件以使勵磁機線圈回路圍繞勵磁機軸線旋轉。
在另一實施例中，提供一種操作線性加速器的方法。所述方法可包含將RF電力發送到線性加速器中的RF諧振器的勵磁機，其中RF諧振器包括環形諧振器線圈和諧振器密封容器，且其中勵磁機包括安置在環形諧振器線圈內的勵磁機回路。所述方法可進一步包含通過線性加速器傳導離子束，以及在離子束通過線性加速器傳導的同時旋轉勵磁機回路，其中調整勵磁機與環形諧振器線圈之間的電力耦合。
10:勵磁機
12:勵磁機線圈
14:勵磁機線圈內部
16:勵磁機回路
17:勵磁機軸
18:絕緣套管
20:導電套管
22:腔室壁
24:級
100:加速級
102:漂移管組合件
102A:RF漂移管電極
102B:接地漂移管電極
104、306:離子束
110、110A、110B:諧振器
111:環形線圈支柱
112:RF外殼
114:環形線圈
116:連接環
120:RF產生器
122:阻抗元件
124:rf電路系統
130:磁通
300:離子植入機
302:離子源
307:氣體箱
310:分析器
312:聚束器
314:線性加速器
315:高能量離子束
316:過濾磁體
318:掃描器
320:准直器
322:末端台
324:基底
900:工藝流程
902、904、906、908、910、912:塊
l0:長度
圖1A至圖1F繪示根據本公開的實施例的示例性裝置的不同視圖。
圖2A呈現線性加速器的環形加速級的實施例的詳細正視圖。
圖2B示出電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio；VSWR)對勵磁頻率的函數關係。
圖3A和圖3B分別繪示根據本公開的實施例的關於諧振器的側視圖和端視圖。
圖3C繪示根據本公開的另一實施例的另一諧振器的側視圖。
圖4A和圖4B示出諧振器關於勵磁機回路半徑與環形諧振器線圈的微小半徑的比率的函數的電氣性能。
圖5A、圖5B以及圖5C分別關於諧振器的實施例，繪示根據本公開的實施例的勵磁機回路以不同旋轉定向操作的諧振器的端視圖。
圖6A和圖6B繪示旋轉勵磁機的實施例的構造細節。
圖7A和圖7B根據本公開的實施例呈現諧振器關於勵磁機回路的定向角的函數的電行為。
圖8描繪根據本公開的實施例的離子植入機裝置的示意圖。
圖9描繪示例性工藝流程。
圖式未必按比例繪製。附圖僅是不意欲描繪本公開的特定參數的表示。圖式意欲描繪本公開的示例性實施例，且因此在範圍上不應視為限制性的。在圖式中，相似編號表示相似元件。
現將在下文中參考繪示系統和方法的實施例的隨附圖式而更全面地描述根據本公開的裝置、系統以及方法。系統和方法可以許多不同形式來實施，且不應理解為限於本文中所闡述的實施例。替代地，提供這些實施例是為了使得本公開將是透徹且完
整的，且這些實施例將把系統和方法的範圍充分地傳達給本領域的技術人員。
諸如“頂部”、“底部”、“上部”、“下部”、“豎直”、“水準”、“橫向”以及“縱向”的術語在本文中可用於描述這些組件和其組成部分的相對放置和定向，在呈現在圖式中時相對於半導體製造設備的元件的幾何形狀和定向。術語可包含特定提到的詞、其派生詞以及類似意思的詞。
如本文中所使用，以單數形式列舉且以字詞“一(a/an)”進行的元件或操作理解為潛在地還包含多個元件或操作。此外，對本公開的“一個實施例”的提及不意欲解釋為排除同樣併入所敘述特徵的額外實施例的存在。
本文中基於使用線性加速器的束線架構提供用於RF諧振器的方式，且特定地提供用於改良高能量離子植入系統和元件的方式。為簡潔起見，離子植入系統在本文中還可稱作“離子植入機”。各種實施例需要提供在線性加速器的加速級內靈活地調整有效漂移長度的能力的新穎方法。
圖1A至圖1F繪示在本文中稱為勵磁機10的示例性裝置的不同視圖。特定地，除了圖1A、圖1B以外，下文論述的圖1C繪示勵磁機10的一部分細節，圖1D繪示勵磁機10的端視圖，圖1E繪示勵磁機10的透視圖，而圖1F繪示勵磁機10的側視圖。勵磁機10可適合用於在高頻諧振器中使用，諸如LINAC的RF諧振器，其中勵磁頻率可橫跨兆赫茲範圍。如圖1A中所繪示，勵磁
機10包含勵磁機線圈12以及勵磁機軸17，所述勵磁機線圈由諸如高導電性金屬或金屬合金的適合導體形成。如在圖1B中詳述，勵磁機軸17包含繪示為勵磁機線圈內部部分14、絕緣套管18的供電支腳，和繪示為導電套管20的接地支腳。
勵磁機軸17可沿著勵磁機軸線延伸，在此情況下，所述勵磁機軸線經限定為平行於所繪示笛卡爾坐標系統的Y軸。勵磁機線圈12可進一步包含勵磁機回路16，所述勵磁機回路安置在勵磁機線圈內部部分14的遠端。因此，勵磁機線圈12的部分形成在包含勵磁機線圈內部部分14和導電套管20的機軸17中，而勵磁機線圈的部分(勵磁機線圈回路16)延伸超出勵磁機軸17。
勵磁機線圈回路16可限定位於給定平面(諸如X-Y平面)內的圓形形狀。如所繪示，在第一末端上，勵磁機線圈回路16連接到勵磁機線圈內部部分14的遠端，而在第二末端上，勵磁機線圈回路16連接到導電套管20。此配置允許絕緣套管18和勵磁機線圈內部部分穿過腔室壁22，所述腔室壁可容納勵磁機線圈12以及諧振器的關聯硬體。
如在圖1A中所繪示，勵磁機10可包含級24，所述級可併入驅動機構，所述驅動機構包含至少一旋轉元件(未單獨地繪示)，以使勵磁機線圈回路16圍繞勵磁機軸線(Y軸)旋轉。在一些實例中，級24的驅動機構可進一步包含轉換元件(未單獨地繪示)以沿著平行於勵磁機軸線的第一方向(換句話說，沿著Y軸)移動勵磁機線圈回路16。因此，勵磁機線圈回路16的定向和
位置可相對於容納勵磁機線圈回路16的腔室內的諧振器線圈而調整。下文將進一步論述此可調整性的優點。
圖2A呈現線性加速器的加速級100的實施例的詳細正視圖。加速級100包含漂移管組合件102和用於在線性加速器中加速離子束104的相關聯諧振器，繪示為諧振器110。如圖8中所繪示，下文論述的諧振器110可實施於線性加速器314的多個加速級中以用於加速離子植入機300中的離子束306。
在圖2A的實施例中，漂移管組合件102包含上游接地漂移管和下游接地漂移管，類似地標記為接地漂移管電極102B。漂移管組合件102進一步包含一對RF漂移管電極，繪示為由在所述一對RF漂移管電極之間的間隙分開的RF漂移管電極102A。總體地，RF漂移管電極102A和接地漂移管電極102B限定三間隙配置。
RF漂移管電極102A由諧振器110驅動。諧振器110包含RF外殼112以容納稱為環形線圈114的環形諧振器線圈。環形線圈114和類似諧振器線圈詳細地描述於以下實施例中。簡單來說，勵磁機線圈12可佈置為RF電力遞送組合件的部分以接收RF電力，繪示為包含RF產生器120和阻抗元件122的RF電路系統124。雖然未在圖中繪示，但諧振器110或類似諧振器(如下文所描述)可包含位於環形線圈114外部但在諧振器密封容器(RF外殼112)的內部的電容性調諧器。在各種非限制性實施例中，電容性調諧器可以調整由環形線圈114和諧振器密封容器(RF外殼112)形成的RLC電路的總電容的方式移動。
此外，如圖2A中所繪示，且在以下圖式中根據各種非限制性實施例的諧振器110和類似諧振器可應用於三間隙加速器配置。除勵磁機10的新穎配置之外，在這些實施例中，與已知的LINAC的不同之處在於諧振器110、諧振器110A以及諧振器110B(圖3A至圖3C中所繪示的諧振器)經由環形線圈114將電壓傳輸到漂移管組合件102，這與已知的三間隙加速器級的螺線管(或螺旋形)線圈相反。
勵磁機線圈12和環形線圈114結合RF外殼112用以在RF漂移管電極102A處產生RF電壓。為了獲得輸入RF電力與在加速電極(RF漂移管電極102A)上產生的電壓之間的關係，包含勵磁機線圈12、環形線圈114以及RF外殼112的諧振空腔建模為集總元件電路。使用大衛南定理(Thevenin theorem)，RF產生器電路和諧振器電路能轉換成單一電路。等效互阻抗ZM能寫為Z M =iωL coil +ω 2 M/(Z 0+iωL excit ) (1)
且類似地，等效RF電壓VM給定為V M =V 0 ωM/(Z 0-iωL excit ) (2)
其中i2=-1，ω=2πf為角頻率，V0和Z0為RF產生器的輸出電壓和阻抗，M為勵磁機線圈和諧振器線圈的互電感。如在方程式(2)中可看出，電力傳輸效率(其效率用電壓的平方按比例縮放)取決於線圈之間的耦合，所述耦合為環繞線圈的環境的大小、結構、物理間隔、相對方位以及性質的功能。在最簡單的形式中，用於兩個同心線圈的互電感由麥克斯韋(Maxwell)公式給定。
及
其中A和a為圓形線圈的半徑，s為兩個同心線圈的中心與F之間的距離，且E分別為第一種類和第二種類的完整橢圓形積分。
由於勵磁機線圈與諧振器線圈之間的耦合取決於勵磁機線圈與諧振器線圈之間的磁鏈的量，因此對於諧振器線圈的給定大小，存在勵磁機線圈的最優尺寸，其中耦合的影響最大。為了覆蓋廣泛範圍的頻率，勵磁機線圈將具有高頻寬的操作。因此，根據本公開的實施例，勵磁機線圈12設計為意味著低電感線圈的低Q因數線圈。因此，如圖1A至圖1F中所繪示，勵磁機線圈12可設計為半徑為r0的一個回路圓形線圈。勵磁機線圈回路16特定地可由諸如直徑為d的鍍銀銅線的導電金屬形成。類似于同軸電纜，導電套管20確保到地面的返回路徑且還從RF干擾篩選勵磁機線圈內部部分14。根據本公開的實施例，選擇勵磁機線圈內部部分14、絕緣套管18以及導電套管20的直徑使得勵磁機線圈12特性阻抗將匹配RF產生器輸出阻抗。因此，對於阻抗50歐姆(最常見)的RF產生器：
其中μ0和є0代表自由空間的磁導率和介電常數，且єr代
表絕緣套管材料的相對介電常數。取決於勵磁機的幾何特性，匹配材料可選擇為絕緣體：空氣(єr=1)，PTFE(єr=2)，石英(єr=3.7)，氧化鋁(єr=9.8)或其它陶瓷。一般來說，在RF電子產品中，從產生器到負載的電力傳送的效率由電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio；VSWR)表徵，所述參數為反射電壓波與正向電壓波的幅度之間的比率。如圖2B中所繪示，VSWR為頻率的函數且可採取1(完美傳送)與∞(零傳送)之間的值。此參數與電力傳輸有關：P r /P f =((VSWR-1)/(VSWR+1))2 (6)
其中Pr和Pf分別代表反射和前向功率。在一個實施例中，通過勵磁機線圈的恰當設計，可最小化VSWR以接近1的值。在圖2B中所描繪的情況下，其中來自方程式6的VSWR=1.08，反射功率的值僅表示前向功率的0.15%。
雖然勵磁機線圈12可用於驅動任何形狀的諧振器線圈，但在本實施例中，諸如，在圖2A中，諧振器線圈為環形諧振器。因此，由環形線圈114產生的磁通130，例如，全部由諧振器線圈圍封，換句話說，磁通限制在線圈回路內部。因而，根據本公開的實施例，為了提供由勵磁機線圈產生的磁通與環形諧振器線圈的磁通之間的必要的磁鏈，勵磁機線圈需要插入在環形諧振器線圈的回路之間以向環形諧振器線圈供電。另一方面，環形諧振器配置受益於磁通包含在環形線圈114內部的事實。此幾何形狀避免環形線圈114外部的場線洩漏，且因此導致諧振器的RF外殼
112中的較少誘發渦電流，其中較少渦電流轉化到RLC電路的較小電阻和隱式地更高的並聯阻抗中。
為了示出諧振器線圈內的勵磁機線圈的此插入幾何形狀的實例，圖3A、圖3B以及圖3C提供根據本公開的實施例的兩個不同諧振器的實例。明確地說，圖3A，圖3B分別繪示根據本公開的實施例的諧振器110A的側視圖和端視圖，而圖3C繪示根據本公開的另一實施例的另一諧振器的側視圖。這些諧振器中的各者使用環形線圈。如本文中所使用，術語“環形線圈”可指代相互佈置以限定環形形狀的兩個單獨線圈，其中單獨線圈中的各者可形成環形形狀的一部分，諸如環形的類似半部。如在圖3B中更清楚地繪示，環形線圈114包含多個回路或匝數。環形線圈114包含佈置為兩個半部的兩個線圈，其中所述線圈各自具有N個匝數，且由諸如鍍銀銅管的適合導體構成。環形線圈114各自的一半的匝數在相同方向上捲繞，從而使供電漂移管上的電壓之間的相位差能夠為180度(反相)。在環形線圈114的上部部分處，環形線圈114的兩端由長度l0延伸，且穿過RF外殼中的開口(未繪示)，以用於單獨連接到兩個單獨供電RF漂移管電極(RF電極102A)，如上文所描述。在底部部分處，環形線圈114的回路可連接到接地外殼壁(參見腔室壁22)。
首先轉而參看圖3C繪示第一插入幾何形狀。勵磁機線圈12朝向環形線圈114的底部插入，其中回路的中心在環形的方位角軸線上且與環形支腳等距分開。換句話說，勵磁機線圈12的長
軸沿著與X-Y平面正交的Z軸延伸。因為環形線圈的底部支腳連接到地面，所以這種配置減少了勵磁機線圈12和環形線圈114之間的電弧的風險。另外，勵磁機線圈回路16可對稱地放置以確保環形線圈114的兩個半部上的平衡電壓。此配置的缺點源於以下事實：導電套管20必須穿過環形線圈114的回路，且接著連接到接地腔室壁。在功能上，此配置沿著勵磁機線圈12引入電壓降，因為勵磁機軸(特定地意味著勵磁機線圈內部部分14)相對較長，以便足夠長以到達腔室壁22，且因此降低電力傳輸的效率。
圖3A和圖3B中描繪了勵磁機線圈12的更有利的插入幾何形狀。在此情況下，勵磁機線圈12插入在環形線圈114的支腳之間的系統的底部處。勵磁機線圈回路16的中心在環形的方位角軸線上對準(意味著環形的Oyz對稱平面上的圓，具有等於圓環的主要半徑(RMajor)的半徑)。導電套管20電連接到環形線圈114的接地底座。在維持低電弧風險和平衡電壓的同時，在此配置中，到地面的返回路徑縮短。因此，勵磁機10上的電壓降減小，這減小轉換成更好的電力傳輸效率。
對於理想情況(無損耗)，已繪示將磁性能量全部轉化成靜電能量，從而引起從環形線圈114(磁性能量)到加速離子(動能)的1：1能量轉換。然而，在真實系統中，存在限制此能量轉換的損耗。在此情況下，通過諧振器的並聯阻抗(Zsh)對能量傳輸進行定量。對於相同量的輸入功率，Zsh越高，在加速電極上產生的電壓則越高。理論分析繪示具有線圈的電感的Zsh尺度為
~L3/2，其關係意味著較大L變成較大Zsh。另一方面，因為空腔形成RLC電路，所以電路將以某一頻率振盪，所述頻率在諧振下為
其中L為線圈的電感且C為系統的電容。
因此，線圈密封容器(外殼)諧振器系統設計成具有越高越好的並聯阻抗(Zsh)，且同時具有盡可能接近期望的操作RF頻率(例如，13.56兆赫茲和27.12兆赫茲)的自然諧振頻率(f0)。如上文所提及，諧振頻率與操作頻率的小偏離可以用電容調諧元件校正(此處，以虛線繪示電容調諧元件140的一個可能的位置)，
如由方程式(3)至(4)所示，互耦合取決於線圈的大小和相對方位。因此，對於給定諧振器線圈幾何形狀，將存在電感RF勵磁機的最優大小，意味著勵磁機線圈回路16的直徑。由具有相同特性阻抗(Zch)但不同回路半徑的一組勵磁機線圈誘發的電行為對相同諧振器線圈建模。如可在圖4A和圖4B中看出，高頻類比軟體(High Frequency Simulation Software；HFSS)建模結果繪示勵磁機回路半徑與環形微小半徑的最優比率，其中電力傳輸最大值對應於約0.25的值。對於此比率，VSWR~1.1(對應於99.7%傳輸電力)和勵磁機10中的100瓦輸入功率的供電狹縫上的電壓為2.25千伏。如先前所描述，為了恰當地起作用且實現最大電力傳輸且隨後轉化成供能狹縫上的最大電壓，系統的諧振頻率必須匹
配RF產生器的頻率。
根據本公開的實施例，可首先在不存在離子束的情況下諧調諧振器以用於諧振。在歸因於熱效應的操作期間，諧振器頻率可從所設計的值漂移，從而需要操作將諧振器帶回諧振值。此返回到諧振可使用包含，例如，可調整的電容器的調諧系統來實現。然而，在束存在的情況下，諧振器負載阻抗也由於束引入的電阻而改變。此阻抗改變將影響電力耦合，從而產生勵磁機回路到諧振器線圈的耦合不是最優的情況。根據本實施例，勵磁機10到環形線圈114的耦合可通過提供用於勵磁機10的移動機構(諸如，上文所論述的級24的驅動機構)來調整。換句話說，通過使勵磁機線圈回路16圍繞Oy軸線旋轉，耦合于易改變，因此暴露更多或更少“有效”表面積，這改變將使勵磁機10與環形線圈114之間的磁鏈耦合最大化。
圖5A、圖5B以及圖5C分別關於諧振器的實施例，繪示根據本公開的實施例的勵磁機回路以不同旋轉定向操作的諧振器的端視圖。特定地，在圖5A、圖5B以及圖5C中，勵磁機回路表面上的法線與到環形方位角軸線的切線之間的角度分別從0度變化到15度且接著變化到30度。
圖6A和圖6B繪示旋轉勵磁機的實施例的構造細節。環形線圈支柱111為中空的，具有直徑略微大於導電套管20的直徑的同心圓柱形孔，所述導電套管的同心圓柱形孔全部從環形線圈支腳向下跨越到腔室壁。勵磁機軸17(導電套管20、絕緣套管18
以及勵磁機線圈內部部分14)穿過，且可在支柱圓柱形孔中自由旋轉。在支柱的底部處，勵磁機線圈12的絕緣套管18和供電支腳(勵磁機線圈內部部分14)穿過腔室壁(未單獨地繪示)且進一步到級24，所述級的配置可確保使用負載彈簧的電連接與RF產生器120的動態連接。由連接環116確保導電套管20與環形線圈支柱111之間的接地連接，所述環可諸如由側面螺釘粘附到導電套管20，其中連接環具有略微大於支柱孔的直徑。以此方式，連接環116位於環形線圈支柱111的頂部部分上，且因此確保到地面的電路徑。勵磁機線圈12的旋轉可隨後由諧振器腔室外部的旋轉台執行，如上文所論述。
如在圖7A和圖7B中所描繪的VSWR和電壓行為，對於在模型中選擇的特定r0/rmin比繪示HFSS建模結果，實現最大電力傳輸的勵磁機線圈定向的最優值為
7度。對於此模型，最大電力傳輸為96.3%，且對於100瓦輸入電力，所產生的電壓為2.27千伏。因此，由諸如通過級的驅動提供旋轉能力，本實施例促進便利的調諧以在線性加速器的給定加速級中維持勵磁機和諧振線圈的耦合。
理想地，勵磁機線圈回路16的中心應與由環形線圈形成的環形的方位角軸線同心地對準。然而，從環形線圈的兩個半部的對稱性的小偏離可在供電漂移管上誘發輕微的電壓不平衡。根據本公開的實施例，可通過調整勵磁機線圈12的插入深度來校正此不平衡。此調整可實際上通過將勵磁機線圈回路16移動到環形
線圈中或將勵磁機線圈回路16從環形線圈退出到新位置且隨後在新位置中固定來實現。
圖8描繪根據本公開的實施例的裝置的示意圖。離子植入機300包含線性加速器314。離子植入機300可表示束線離子植入機，其中為了清楚闡釋未繪示的一些元件。離子植入機300可包含本領域中已知的離子源302和氣體箱307。離子源302可包含提取系統，所述提取系統包含提取元件和濾波器(未繪示)以產生處於第一能量的離子束306。用於第一離子能量的適合離子能量的實例在從5千電子伏到300千電子伏的範圍內，而實施例在此上下文中不受限制。為了形成高能量離子束，離子植入機300包含用於加速離子束306的各種額外元件。
離子植入機300可包含分析器310，其用於通過改變離子束306的軌跡來分析如已知裝置中的離子束306，如所繪示。離子植入機300還可包含聚束器312和安置在聚束器312的下游的線性加速器314(以虛線繪示)，其中線性加速器314佈置成在進入線性加速器314之前加速離子束306以形成大於離子束306的離子能量的高能量離子束315。聚束器312可接收離子束306作為連續離子束，且將離子束306作為聚束離子束輸出到線性加速器314。線性加速器314可包含由串聯佈置的諧振器110表示的多個加速級，如所繪示。在各種實施例中，高能量離子束315的離子能量可表示用於離子束306的最終離子能量，或近似最終離子能量。在各種實施例中，離子植入機300可包含額外組件，諸如濾
波器磁體316、掃描器318、准直器320，其中掃描器318和准直器320的常用功能是眾所周知的且將不在本文中進一步詳細描述。因此，可將由高能量離子束315表示的高能量離子束傳輸到末端台322以用於處理基底324。取決於離子物質的電離狀態(單一、雙、三......電離)，高能量離子束315的非限制性能量範圍包含500千電子伏到10兆電子伏，其中離子束306的離子能量通過線性加速器314的各種加速級逐步地增加。根據本公開的各種實施例，線性加速器314的加速級由諧振器110供電，其中諧振器110的設計可與圖2A至圖7B的實施例一致。
圖9描繪示例性工藝流程900。在塊902處，將RF電力發送到束線離子植入機中的RF諧振器的勵磁機。可從耦合到勵磁機的RF電源發送RF電力。在各種實施例中，可利用環形諧振器線圈構造RF諧振器。在一些實施例中，可利用螺線管諧振器線圈構造RF諧振器。勵磁機可包含安置在環形諧振器線圈內的勵磁機回路。在特定實施例中，勵磁機回路可居中在環形諧振器線圈的方位角軸線上。
在塊904處，可調整諧振器狀態或設定諧振器狀態以調諧由RF電源和諧振器形成的電路的諧振頻率。在一個實例中，諧振器狀態可通過最小化VSWR來設定。確切地說，調諧可通過移動可調整電容元件(諸如，安置在容納諧振器線圈和勵磁機回路的腔室中的電容器)來實現。
在塊906處，使用在塊904處建立的電流諧振器電路狀
態在線性加速器的束線離子植入機中產生離子束。
在決策塊908處，作出關於諧振器是否超出調諧的判斷。舉例來說，可監測諸如反射功率或VSWR的相關參數以查看相關參數是否保持低於閾值。如果是，那麼流程前進到塊910，其中通過旋轉勵磁機的勵磁機回路調整耦合到RF諧振器的電力。流程接著前進到塊912。
在塊912處，使用電流諧振器電路狀態繼續波束處理，其中電流諧振器電路狀態可或可不表示基於在塊910處的操作而更新的狀態。
如果在決策塊908處，諧振器不在調諧之外，那麼流程直接前進到塊912。在塊912之後，當波束處理繼續時，流程可返回到決策塊908。決策塊908與塊912之間的流程回路可在波束工藝繼續時繼續進行。
鑒於上文，本公開提供至少以下優點。對於一個優點，根據本實施例的勵磁機和諧振器的配置與已知諧振器相比提供較高的磁耦合效率和隱式較高功率傳輸。同時，可旋轉勵磁機配置提供用於將電力傳輸效率調整到諧振器中的另一可接入調諧“旋鈕”的優點。
雖然已在本文中描述了本公開的某些實施例，但本公開不限於此，因為本公開在範圍上與本領域將允許的一樣寬泛，且可以同樣地來理解說明書。因此，不應將以上描述解釋為限制性。本領域的技術人員將設想在本文所附的權利要求書的範圍和精神
內的其它修改。
10:勵磁機
12:勵磁機線圈
16:勵磁機回路
17:勵磁機軸
20:導電套管
24:級
Claims (19)
- 一種用於高頻諧振器的勵磁機，包括：勵磁機線圈內部部分，沿著勵磁機軸線延伸；勵磁機線圈回路，安置在所述勵磁機線圈內部部分的遠端；以及驅動機構，所述驅動機構包括至少一旋轉元件以使所述勵磁機線圈回路圍繞所述勵磁機軸線旋轉。
- 如請求項1所述的用於高頻諧振器的勵磁機，所述驅動機構進一步包括轉換元件，以沿著平行於所述勵磁機軸線的第一方向移動所述勵磁機線圈回路。
- 如請求項1所述的用於高頻諧振器的勵磁機，其中所述勵磁機線圈回路包括圓形形狀。
- 如請求項1所述的用於高頻諧振器的勵磁機，進一步包括：絕緣套管，圍繞所述勵磁機線圈內部部分安置；以及導電套管，圍繞所述絕緣套管安置，其中所述勵磁機線圈回路具有連接到所述勵磁機線圈內部部分的所述遠端的第一端，以及連接到所述導電套管的第二端。
- 如請求項4所述的用於高頻諧振器的勵磁機，其中耦合所述勵磁機線圈內部部分以接收RF信號，且其中所述導電套管耦合到地面。
- 如請求項4所述的用於高頻諧振器的勵磁機，進一步包括連接環，周向地圍繞所述導電套管安置，所述連接環用於連接到諧振器。
- 一種用於線性加速器的諧振器，包括：環形諧振器線圈，所述環形諧振器線圈限定環形形狀；以及勵磁機，至少部分地安置在所述環形諧振器線圈內，且進一步包括：勵磁機線圈內部部分，沿著勵磁機軸線延伸；勵磁機線圈回路，安置在所述勵磁機線圈內部部分的遠端；以及驅動機構，所述驅動機構包括至少一旋轉元件以使所述勵磁機線圈回路圍繞所述勵磁機軸線旋轉。
- 如請求項7所述的用於線性加速器的諧振器，其中所述環形諧振器線圈限定方位角軸線，且其中所述勵磁機線圈回路在所述方位角軸線上居中。
- 如請求項7所述的用於線性加速器的諧振器，其中所述環形諧振器線圈限定微小半徑，其中所述勵磁機線圈回路具有回路半徑，且其中所述回路半徑與所述微小半徑的比率處於0.2與0.3之間。
- 如請求項9所述的用於線性加速器的諧振器，其中所述回路半徑與所述微小半徑的比率處於0.22與0.28之間。
- 如請求項7所述的用於線性加速器的諧振器，其中所述環形諧振器線圈限定中平面，且其中所述勵磁機線圈回路安置在所述中平面中。
- 如請求項7所述的用於線性加速器的諧振器，所述驅動機構進一步包括轉換元件，以沿著平行於所述勵磁機軸線的第一方向移動所述勵磁機線圈回路。
- 如請求項7所述的用於線性加速器的諧振器，所述勵磁機進一步包括：絕緣套管，圍繞所述勵磁機線圈內部部分安置；以及導電套管，圍繞所述絕緣套管安置，其中所述勵磁機線圈回路具有連接到所述勵磁機線圈內部部分的所述遠端的第一端，以及連接到所述導電套管的第二端。
- 如請求項13所述的用於線性加速器的諧振器，其中耦合所述勵磁機線圈內部部分以接收RF信號，且其中所述導電套管耦合到地面。
- 如請求項13所述的用於線性加速器的諧振器，其中所述環形諧振器線圈包括環形線圈支柱，其中所述勵磁機線圈內部部分、所述絕緣套管以及所述導電套管一起限定勵磁機軸，且其中所述勵磁機軸至少部分地安置在所述環形線圈支柱內。
- 一種操作線性加速器的方法，包括：將RF電力發送到所述線性加速器中的RF諧振器的勵磁機，其中所述RF諧振器包括環形諧振器線圈和諧振器密封容器，且其 中所述勵磁機包括安置在所述環形諧振器線圈內的勵磁機回路；通過所述線性加速器傳導離子束；以及在所述離子束通過所述線性加速器傳導的同時旋轉所述勵磁機回路，其中調整所述勵磁機與所述環形諧振器線圈之間的電力耦合。
- 如請求項16所述的操作線性加速器的方法，其中所述勵磁機的勵磁機線圈包括勵磁機線圈內部部分，所述勵磁機線圈內部部分沿著勵磁機軸線延伸，且連接到所述勵磁機回路，其中所述勵磁機線圈內部部分耦合到驅動機構，其中所述勵磁機回路的所述旋轉包括使用所述驅動機構使所述勵磁機線圈內部部分圍繞所述勵磁機軸線旋轉。
- 如請求項16所述的操作線性加速器的方法，進一步包括：在所述傳導之前所述離子束通過所述線性加速器，使用安置在容納所述環形諧振器線圈的諧振器腔室內的可調整電容元件調諧所述RF諧振器的諧振器電路條件。
- 如請求項16所述的操作線性加速器的方法，其中所述環形諧振器線圈限定微小半徑，其中所述勵磁機回路具有回路半徑，且其中所述回路半徑與所述微小半徑的比率處於0.2與0.3之間。
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