JP2833076B2 - イオン源安定運転制御方法 - Google Patents
イオン源安定運転制御方法Info
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- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
Description
この発明は、フィラメントから熱電子を発生させ、フ
ィラメントとチャンバ壁またはその他の電極との間でア
ーク放電を生じさせることによって気体をイオン化する
イオン源を安定に運転することのできる方法に関する。
ィラメントとチャンバ壁またはその他の電極との間でア
ーク放電を生じさせることによって気体をイオン化する
イオン源を安定に運転することのできる方法に関する。
第2図によって従来例に係るイオン源の制御方法を説
明する。 アーク電流1はフィラメントとチャンバ壁(陽極を兼
ねる)又は適当な陽極との間にアークを生じさせ、これ
を維持するための電源である。 フィラメント電源2はイオン源のフィラメントに給電
するための電源である。コントローラ3はアーク電源1
及びフィラメント電源2を制御する装置である。 コントローラ3はアーク電源の電圧を設定する。これ
をアーク電流設定値VA-ADJという。アーク電源1はこれ
に等しい電圧を出力する。 アーク電流1はアーク放電の実際の電圧、電流の値を
モニタしている。これをそれぞれアーク電圧運転値V
A-MON、アーク電流運転値IA-MONと呼ぶことにする。 このうちアーク電流運転値IA-MONがフィラメント電源
2に入力される。これとコントローラ3から与えられた
フィラメント電流の望ましい設定値IF-O(一定)とアー
ク電流設定値IA-ADJとから、フィラメント電源2が、フ
ィラメントに供給するフィラメント電流設定値IF-ADJを
決定する。 実際には次のようにする。 最初適切なある値にアーク電圧設定値VA-ADJとフィラ
メント電流設定値IF-ADJとを決定しておきアークチャン
バにおいてプラズマ点灯させる。プラズマ点灯のあと
は、 アーク電流運転値IA-MON>アーク電流設定値IA-ADJの
時は、フィラメント電流設定値IF-ADJを減少させる。 アーク電流運転値IA-MON<アーク電流設定値IA-ADJの
時は、フィラメント電流設定値IF-ADJを増大させる。 このようにアーク電流運転値IA-MONとアーク電流設定
値IA-ADJの値を比較して、フィラメント電流設定値I
F-ADJを増減していた。 の場合はアークが設定値より強すぎるのであるか
ら、フィラメント電流設定値を減少させ熱電子放出を抑
制することによってアークの勢いを弱める。 反対にの場合はアークが設定値より弱すぎるのであ
るからフィラメント電流設定値を増大させ熱電子放出を
増大させてアークの勢いを強める。 結局、望ましいアークが維持される事になる。
明する。 アーク電流1はフィラメントとチャンバ壁(陽極を兼
ねる)又は適当な陽極との間にアークを生じさせ、これ
を維持するための電源である。 フィラメント電源2はイオン源のフィラメントに給電
するための電源である。コントローラ3はアーク電源1
及びフィラメント電源2を制御する装置である。 コントローラ3はアーク電源の電圧を設定する。これ
をアーク電流設定値VA-ADJという。アーク電源1はこれ
に等しい電圧を出力する。 アーク電流1はアーク放電の実際の電圧、電流の値を
モニタしている。これをそれぞれアーク電圧運転値V
A-MON、アーク電流運転値IA-MONと呼ぶことにする。 このうちアーク電流運転値IA-MONがフィラメント電源
2に入力される。これとコントローラ3から与えられた
フィラメント電流の望ましい設定値IF-O(一定)とアー
ク電流設定値IA-ADJとから、フィラメント電源2が、フ
ィラメントに供給するフィラメント電流設定値IF-ADJを
決定する。 実際には次のようにする。 最初適切なある値にアーク電圧設定値VA-ADJとフィラ
メント電流設定値IF-ADJとを決定しておきアークチャン
バにおいてプラズマ点灯させる。プラズマ点灯のあと
は、 アーク電流運転値IA-MON>アーク電流設定値IA-ADJの
時は、フィラメント電流設定値IF-ADJを減少させる。 アーク電流運転値IA-MON<アーク電流設定値IA-ADJの
時は、フィラメント電流設定値IF-ADJを増大させる。 このようにアーク電流運転値IA-MONとアーク電流設定
値IA-ADJの値を比較して、フィラメント電流設定値I
F-ADJを増減していた。 の場合はアークが設定値より強すぎるのであるか
ら、フィラメント電流設定値を減少させ熱電子放出を抑
制することによってアークの勢いを弱める。 反対にの場合はアークが設定値より弱すぎるのであ
るからフィラメント電流設定値を増大させ熱電子放出を
増大させてアークの勢いを強める。 結局、望ましいアークが維持される事になる。
しかしこのような装置には次の難点がある。 I.前記の、の動作はフィラメント電源2内で行われ
る。このため多くの変数を扱うような制御ができず、ア
ーク電流運転値IA-MONと、アーク電流設定値IA-ADJの大
小関係だけで、フィラメント電流設定値を制御してい
た。 アーク電流運転値IA-MONは急激に変化することもあ
り、緩やかに変化することもある。これら変化の態様を
区別せず、同じ量だけフィラメント電流設定値を増加
し、或は減少させるのではプラズマを安定に維持するよ
うに運転することが難しい。 II.前記、の操作をする機能をフィラメント電源2
の中に持つため、回路が複雑で高価になる。フィラメン
ト電源は高圧であり大地電圧から浮いている。充分な絶
縁が必要であるし、回路素子に高圧がかかる惧れもあ
り、地上で使う安価な回路素子を使えないことが多い。 プラズマの急激な変化、遅い変化に対応して常に適切
な制御を行えるようにした運転制御方法を提供すること
が本発明の第1の目的である。さらにフィラメント電源
の簡素化を計り、低価格にすることのできる運転制御方
法を提供することが本発明の第2の目的である。
る。このため多くの変数を扱うような制御ができず、ア
ーク電流運転値IA-MONと、アーク電流設定値IA-ADJの大
小関係だけで、フィラメント電流設定値を制御してい
た。 アーク電流運転値IA-MONは急激に変化することもあ
り、緩やかに変化することもある。これら変化の態様を
区別せず、同じ量だけフィラメント電流設定値を増加
し、或は減少させるのではプラズマを安定に維持するよ
うに運転することが難しい。 II.前記、の操作をする機能をフィラメント電源2
の中に持つため、回路が複雑で高価になる。フィラメン
ト電源は高圧であり大地電圧から浮いている。充分な絶
縁が必要であるし、回路素子に高圧がかかる惧れもあ
り、地上で使う安価な回路素子を使えないことが多い。 プラズマの急激な変化、遅い変化に対応して常に適切
な制御を行えるようにした運転制御方法を提供すること
が本発明の第1の目的である。さらにフィラメント電源
の簡素化を計り、低価格にすることのできる運転制御方
法を提供することが本発明の第2の目的である。
本発明は、フィラメント電源でフィラメント電流設定
値を設定せず、コントローラ3で設定するようにする。
アークが生じプラズマが発生するまでは従来と同じであ
る。その後の動作をコントローラ3で行う。この動作に
おいては、 アーク電流設定値IA-ADJをアーク電流運転値IA-MONに
比較するのは従来法と同じであるが、さらにアーク電流
運転値IA-MONの時間的な変化をも考慮する。 このためアーク電流運転値IA-MONを一定時間毎にサン
プリングするが、前回のアーク電流運転値(前回運転値
IA-OLD)と今回のアーク電流運転値IA-MONとを比較し、
これらの大小関係によってフィラメント電流設定値を変
化させる。 アーク電流運転値IA-MONがアーク電流設定値IA-ADJよ
り大きいときと、小さいときに分けてフィラメント電流
設定値の与え方を説明する。第1図に本発明の構成を示
し、第3図にアーク電流運転値IA-MONの変動を例示す
る。第3図において基準線はアーク電流設定値IA-ADJを
示す。 本発明の動作は次のように行われる。 アーク電流運転値IA-MON>アーク電流設定値IA-ADJの
場合、(基準線より上の領域) (ア)アーク電流運転値IA-MON>>前回運転値IA-OLDの
時は(第3図のア点) フィラメント電流設定値IF-ADJを急激に減少させる。 (イ)アーク電流運転値IA-MON>前回運転値IA-OLDの時
は(第3図のイ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを中程度の速度で減少
させる。 (ウ)アーク電流運転値IA-MON=前回運転値IA-OLDの時
は(第3図のウ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを遅く減少させる。 (エ)アーク電流運転値IA-MON<前回運転値IA-OLDの時
は(第3図のエ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを前回と同じに保つ。 IIアーク電流運転値IA-MON<アーク電流設定値IA-ADJの
場合(基準線より下の領域) (オ)アーク電流運転値IA-MON<<前回運転値IA-OLDの
場合(オ点)、 フィラメント電流設定値IF-ADJを急激に増加する。 (カ)アーク電流運転値IA-MON<前回運転値IA-OLDの場
合(カ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを中程度の速度で増加
する。 (キ)アーク電流運転値IA-MON=前回運転値IA-OLDの場
合(キ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを遅く増加する。 (ク)アーク電流運転値IA-MON>前回運転値IA-OLDの場
合(ク点) フィラメント電流設定値IF-ADJを前回と同じ値に保
つ。 同じことを一覧表にすると第一表のようになる。
値を設定せず、コントローラ3で設定するようにする。
アークが生じプラズマが発生するまでは従来と同じであ
る。その後の動作をコントローラ3で行う。この動作に
おいては、 アーク電流設定値IA-ADJをアーク電流運転値IA-MONに
比較するのは従来法と同じであるが、さらにアーク電流
運転値IA-MONの時間的な変化をも考慮する。 このためアーク電流運転値IA-MONを一定時間毎にサン
プリングするが、前回のアーク電流運転値(前回運転値
IA-OLD)と今回のアーク電流運転値IA-MONとを比較し、
これらの大小関係によってフィラメント電流設定値を変
化させる。 アーク電流運転値IA-MONがアーク電流設定値IA-ADJよ
り大きいときと、小さいときに分けてフィラメント電流
設定値の与え方を説明する。第1図に本発明の構成を示
し、第3図にアーク電流運転値IA-MONの変動を例示す
る。第3図において基準線はアーク電流設定値IA-ADJを
示す。 本発明の動作は次のように行われる。 アーク電流運転値IA-MON>アーク電流設定値IA-ADJの
場合、(基準線より上の領域) (ア)アーク電流運転値IA-MON>>前回運転値IA-OLDの
時は(第3図のア点) フィラメント電流設定値IF-ADJを急激に減少させる。 (イ)アーク電流運転値IA-MON>前回運転値IA-OLDの時
は(第3図のイ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを中程度の速度で減少
させる。 (ウ)アーク電流運転値IA-MON=前回運転値IA-OLDの時
は(第3図のウ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを遅く減少させる。 (エ)アーク電流運転値IA-MON<前回運転値IA-OLDの時
は(第3図のエ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを前回と同じに保つ。 IIアーク電流運転値IA-MON<アーク電流設定値IA-ADJの
場合(基準線より下の領域) (オ)アーク電流運転値IA-MON<<前回運転値IA-OLDの
場合(オ点)、 フィラメント電流設定値IF-ADJを急激に増加する。 (カ)アーク電流運転値IA-MON<前回運転値IA-OLDの場
合(カ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを中程度の速度で増加
する。 (キ)アーク電流運転値IA-MON=前回運転値IA-OLDの場
合(キ点) フィラメント電流設定値IF-ADJを遅く増加する。 (ク)アーク電流運転値IA-MON>前回運転値IA-OLDの場
合(ク点) フィラメント電流設定値IF-ADJを前回と同じ値に保
つ。 同じことを一覧表にすると第一表のようになる。
アーク電流運転値IA-MONがアーク電流設定値IA-ADJよ
り大きいということは、所望の値よりアークが強すぎる
ということである。この場合フィラメント電流を減少さ
せた方が良い。ところが本発明ではそれだけではなくア
ーク電流運転値IA-MONが増加しているのか、減少してい
るのか、その速度はどの程度かということも考慮する。 もしもアーク電流運転値IA-MONがなお増加しているの
であれば(ア点)フィラメント電流を急激に減少させる
必要がある。増加の度合いを見るために前回運転値I
A-OLDと今回のアーク電流運転値IA-MONとを比較する。
アーク電流運転値IA-MONが急激に増加しているというこ
とは、 アーク電流運転値IA-MON>>アーク電流設定値IA-ADJ ということで分かる。そこでこの場合はフィラメント電
流設定値IF-ADJを急減することにしている。二重不等号
>>の範囲は目的によって適当に決定する。 IA-MON>IA-ADJであって、IA-MONが中程度で増加して
いる時(イ)はやはりフィラメント電流を下げる必要が
ある。中程度の速度で増加しているということはIA-MON
>IA-OLDと言うことで分かる。この場合はフィラメント
電流設定値を中程度の速度で減少させる。 二重不等号と一重不等号の境界は先程述べたように適
当に決定する。ただしここでは不等号を便宜的に使って
おり、「>」というのは「>>」と排他的な意味に使わ
れている。つまり不等号に差が含まれているのである。 ウ点では、IA-MON>IA-ADJであるが、IA-MONが減少も
増加もしていない。この場合はIF-ADJをゆっくりと減少
させると良い。 エ点では、IA-MON>IA-ADJであるが、IA-MONが減少し
ている。この場合はアーク電流が多すぎるけれども減少
しているので正しい方向に自己修正しているということ
ができる。この場合はフィラメント電流を減少させると
アーク放電が急激に弱くなり却って不安定になる。そこ
でこの場合はフィラメント電流を前回と同じ値に保持す
る方が良い。 このように本発明はアーク電流運転値IA-MONの変動の
方向、大きさをも考慮して、フィラメント電流設定値を
決定する。このような多段階の制御はコントローラ3で
行うから容易に可能になる。高圧の掛かっているフィラ
メント電源2でそのようなことを行うことは容易でな
い。
り大きいということは、所望の値よりアークが強すぎる
ということである。この場合フィラメント電流を減少さ
せた方が良い。ところが本発明ではそれだけではなくア
ーク電流運転値IA-MONが増加しているのか、減少してい
るのか、その速度はどの程度かということも考慮する。 もしもアーク電流運転値IA-MONがなお増加しているの
であれば(ア点)フィラメント電流を急激に減少させる
必要がある。増加の度合いを見るために前回運転値I
A-OLDと今回のアーク電流運転値IA-MONとを比較する。
アーク電流運転値IA-MONが急激に増加しているというこ
とは、 アーク電流運転値IA-MON>>アーク電流設定値IA-ADJ ということで分かる。そこでこの場合はフィラメント電
流設定値IF-ADJを急減することにしている。二重不等号
>>の範囲は目的によって適当に決定する。 IA-MON>IA-ADJであって、IA-MONが中程度で増加して
いる時(イ)はやはりフィラメント電流を下げる必要が
ある。中程度の速度で増加しているということはIA-MON
>IA-OLDと言うことで分かる。この場合はフィラメント
電流設定値を中程度の速度で減少させる。 二重不等号と一重不等号の境界は先程述べたように適
当に決定する。ただしここでは不等号を便宜的に使って
おり、「>」というのは「>>」と排他的な意味に使わ
れている。つまり不等号に差が含まれているのである。 ウ点では、IA-MON>IA-ADJであるが、IA-MONが減少も
増加もしていない。この場合はIF-ADJをゆっくりと減少
させると良い。 エ点では、IA-MON>IA-ADJであるが、IA-MONが減少し
ている。この場合はアーク電流が多すぎるけれども減少
しているので正しい方向に自己修正しているということ
ができる。この場合はフィラメント電流を減少させると
アーク放電が急激に弱くなり却って不安定になる。そこ
でこの場合はフィラメント電流を前回と同じ値に保持す
る方が良い。 このように本発明はアーク電流運転値IA-MONの変動の
方向、大きさをも考慮して、フィラメント電流設定値を
決定する。このような多段階の制御はコントローラ3で
行うから容易に可能になる。高圧の掛かっているフィラ
メント電源2でそのようなことを行うことは容易でな
い。
サンプリング時間を0.1sec(100msec)とし、フィラ
メント電流設定値IF-ADJの値の変動を次のように与え
た。 急増又は急減 0.05A/0.1sec=1.5A/sec 中程度の増減 0.025A/0.1sec=0.25A/sec 遅い増加減少 0.025A/5sec=0.005A/sec プラズマ発生後暫くは従来と同じようにアーク電流の
変動があった。しかしその後はアーク電流が安定し、8
時間にわたってアーク電流が±0.01A以内の変動に収ま
った。従来法では、±0.2〜0.3A程度の変動がみられ
た。
メント電流設定値IF-ADJの値の変動を次のように与え
た。 急増又は急減 0.05A/0.1sec=1.5A/sec 中程度の増減 0.025A/0.1sec=0.25A/sec 遅い増加減少 0.025A/5sec=0.005A/sec プラズマ発生後暫くは従来と同じようにアーク電流の
変動があった。しかしその後はアーク電流が安定し、8
時間にわたってアーク電流が±0.01A以内の変動に収ま
った。従来法では、±0.2〜0.3A程度の変動がみられ
た。
アーク電流運転値IA-MONとアーク電流設定値IA-ADJの
大小関係だけでなく、アーク電流運転値IA-MONの変動を
も考慮してきめ細かくフィラメント電流設定値を制御す
るので、アーク電流運転値IA-MONの変動が極めて小さく
なる。この結果アーク放電が安定する。 このような制御を高圧の掛かるフィラメント電源では
なく、コントローラ3で行う(接地電位)ので、フィラ
メント電源の構造が単純化され、安価になる。コントロ
ーラ3の機能は増加するが、これは大地で使える安価な
電気回路素子を用いて構成できるので、これによってコ
ントローラ3が高価にはならない。
大小関係だけでなく、アーク電流運転値IA-MONの変動を
も考慮してきめ細かくフィラメント電流設定値を制御す
るので、アーク電流運転値IA-MONの変動が極めて小さく
なる。この結果アーク放電が安定する。 このような制御を高圧の掛かるフィラメント電源では
なく、コントローラ3で行う(接地電位)ので、フィラ
メント電源の構造が単純化され、安価になる。コントロ
ーラ3の機能は増加するが、これは大地で使える安価な
電気回路素子を用いて構成できるので、これによってコ
ントローラ3が高価にはならない。
第1図は本発明のイオン源安定運転制御のための構成を
示す略構成図。 第2図は従来例にかかるイオン源制御装置の略構成図。 第3図は本発明においてアーク電流運転値IA-MONが変動
する場合の異なる状態を示す図。 1……アーク電源 2……フィラメント電源 3……コントローラ IA-MON……アーク電流運転値 IA-ADJ……アーク電流設定値 IF-ADJ……フィラメント電流設定値 VA-ADJ……アーク電圧設定値 IA-OLD……前回運転値
示す略構成図。 第2図は従来例にかかるイオン源制御装置の略構成図。 第3図は本発明においてアーク電流運転値IA-MONが変動
する場合の異なる状態を示す図。 1……アーク電源 2……フィラメント電源 3……コントローラ IA-MON……アーク電流運転値 IA-ADJ……アーク電流設定値 IF-ADJ……フィラメント電流設定値 VA-ADJ……アーク電圧設定値 IA-OLD……前回運転値
Claims (1)
- 【請求項1】熱電子を発生するフィラメントに電力を供
給するフィラメント電源と、フィラメントとチャンバ壁
または電極の間にアークを発生させこれを維持するアー
ク電源とを制御するために、アーク電流運転値IA-MONを
一定時間ごとにサンプリングし、アーク電流設定値I
A-ADJとアーク電流運転値IA-MONとをサンプリング時ご
とに比較し、アーク電流運転値IA-MONと前回のサンプリ
ング時のアーク電流運転値IA-OLDとを比較して、これら
の比較結果によってフィラメント電流設定値IF-ADJを修
正する方法であって、 アーク電流運転値IA-MONがアーク電流設定値IA-ADJより
大きい時であって、 アーク電流運転値IA-MONが前回のサンプリング時の値
(前回運転値)IA-OLDより極めて大きい時は、フィラメ
ント電流設定値IF-ADJを急激に減少させ、 アーク電流運転値IA-MONが前回運転値IA-OLDより少し大
きい時は、フィラメント電流設定値IF-ADJを中程度の速
度で減少させ、 アーク電流運転値IA-MONが前回運転値IA-OLDと同じであ
る時は、フィラメント電流設定値IF-ADJを遅く減少さ
せ、 アーク電流運転値IA-MONが前回運転値IA-OLDより小さい
時は、フィラメント電流設定値IF-ADJをそのまま保つこ
ととし、 アーク電流運転値IA-MONがアーク電流設定値IA-ADJより
小さい時であって、 アーク電流運転値IA-MONが前回運転値IA-OLDより極めて
小さい時はフィラメント電流設定値IF-ADJを急激に増加
させ、 アーク電流運転値IA-MONが前回運転値IA-OLDより少し小
さい時はフィラメント電流設定値IF-ADJを中程度の速度
で増加させ、 アーク電流運転値IA-MONが前回運転値IA-OLDと同じ時は
フィラメント電流設定値IF-ADJを遅く増加させ、 アーク電流運転値IA-MONが前回運転値IA-OLDより大きい
時はフィラメント電流設定値IF-ADJをそのまま保つ ようにしたことを特徴とするイオン源安定電源制御方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1319964A JP2833076B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | イオン源安定運転制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1319964A JP2833076B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | イオン源安定運転制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03182033A JPH03182033A (ja) | 1991-08-08 |
JP2833076B2 true JP2833076B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=18116218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1319964A Expired - Fee Related JP2833076B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | イオン源安定運転制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2833076B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100553780B1 (ko) | 1999-04-30 | 2006-02-20 | 닛신덴키 가부시키 가이샤 | 이온주입장치 |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP1319964A patent/JP2833076B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03182033A (ja) | 1991-08-08 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |