JP5133722B2 - Voltage source circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電圧源回路、及びそれを備える検査装置に関し、例えば、半導体検査、計測装置である測長SEM(Scanning Electron Microscope)において電子ビームの加減速、偏向を実現する高電圧を発生する電圧源回路であって、特にコッククロフト・ウォルトン回路を使用したフィードバック制御方式の電圧源回路、及びそれを備えた検査装置に関するものである。 The present invention relates to a voltage source circuit and an inspection apparatus including the same, and, for example, a voltage that generates a high voltage for realizing acceleration / deceleration and deflection of an electron beam in a length measuring SEM (Scanning Electron Microscope) which is a semiconductor inspection and measurement apparatus. More particularly, the present invention relates to a feedback control type voltage source circuit using a Cockcroft-Walton circuit, and an inspection apparatus including the same.
一般に、電圧源回路においては入力電圧を昇圧して高電圧を発生させている。例えば、 コッククロフト・ウォルトン回路は入力電圧の何倍もの出力電圧を容易に取得できる昇圧回路の一つである。 Generally, in a voltage source circuit, an input voltage is boosted to generate a high voltage. For example, the Cockcroft-Walton circuit is one of the booster circuits that can easily obtain an output voltage many times the input voltage.
まず、図1を参照にコッククロフト・ウォルトン回路単体での動作及び性能を説明する。コッククロフト・ウォルトン回路は、交流電源13と、コンデンサ11及びダイオード12で構成された充電回路を一段と数え、これを、ダイオードの向きが偶数段目と奇数段目とで交互となるように、そして、前段のダイオードに対して並列に任意の段数、大抵は偶数段接続することで構成される。その動作は交流電源の極性とダイオードの向きに従い、前段のコンデンサから後段のコンデンサへ、そして奇数段側のコンデンサから偶数段側のコンデンサへ、またその逆へ現在の電荷に対して約半分を充電していく。このときコンデンサ同士の充放電にかかる時間が、損失のない理想的なものとしてゼロと言えるならば、各コンデンサに蓄えられる電荷がおよそ飽和するのにかかる時間は交流電源の周波数と構成する段数に依存する。段数が6から10程度のものでは全てのコンデンサが飽和するのにかかる時間は交流電源周期の100から150サイクル分に相当する。また、取得できる出力電圧の大きさは偶数段の構成であれば最大で交流電源の波高値の段数倍である。これは偶数段側のコンデンサに蓄えられている電荷の総和から取り出すことができる。
First, the operation and performance of a single Cockcroft-Walton circuit will be described with reference to FIG. The Cockcroft-Walton circuit counts the charging circuit composed of the
また、取得できる出力電圧の極性はダイオードの向きに応じて正負変えることができる。図2の回路構成例の場合には負の出力電圧を取得できる。そして全てのダイオードの向きを今と反転させたときには正の出力電圧を取得できる。 The polarity of the output voltage that can be acquired can be changed between positive and negative depending on the direction of the diode. In the case of the circuit configuration example of FIG. 2, a negative output voltage can be acquired. When all the diode directions are reversed, a positive output voltage can be obtained.
コッククロフト・ウォルトン回路は、負荷として上記電子ビームの偏向を実現する電極間への電圧印加のような容量負荷に電圧を供給する場合には、上述したように、ある一定の交流電源の波高値に依存した直流電圧を、ダイオードの漏れ電流、コンデンサの絶縁度合いに応じた僅かな不安定性要素は残るものの、高い安定性とある程度の速応性を実現して取得することができる。 The Cockcroft-Walton circuit, when supplying a voltage to a capacitive load such as a voltage applied between the electrodes that realizes deflection of the electron beam as a load, has a peak value of a certain AC power source as described above. The dependent DC voltage can be obtained by realizing high stability and a certain degree of responsiveness, although a slight instability factor corresponding to the leakage current of the diode and the degree of insulation of the capacitor remains.
しかし、各コンデンサに蓄えられた電荷を一度放電する場合を考えた場合、放電電流経路は負荷を唯一の経路としているため、負荷電流が小さかった場合には放電電流も小さく、容量負荷を対象とした場合には気の遠くなるような放電時間を要する。 However, when considering the case where the charge stored in each capacitor is discharged once, the discharge current path is the only path, so when the load current is small, the discharge current is also small and the capacity load is targeted. In such a case, it takes a long discharge time.
ここで、速応性とは、出力電圧が定常状態(飽和する値)に収束するまでの素早さをいうものとする。また、速応時間とは、電圧が収束するまでにかかった時間である。さらに、安定度とは、コンデンサ同士の充放電で発生する高周波リップルが安定することから、構成する部品定数の経時変化のような長期的な変動が安定することまでを意味するものとする。 Here, the rapid response means the quickness until the output voltage converges to a steady state (saturated value). The rapid response time is the time taken for the voltage to converge. Furthermore, the term “stability” means that high-frequency ripple generated by charging / discharging between capacitors is stabilized, so that long-term fluctuations such as a change of component constants with time are stabilized.
コッククロフト・ウォルトン回路は、その単純な回路構成と比較的安全かつ容易に高電圧を発生できることから、出力電流をそれ程必要としない高電圧電源回路によく使用される。ただし、コッククロフト・ウォルトン回路に限らず、高電圧電源回路を実現するには、出力電圧をモニターし、出力電圧を任意に制御可能なことが必要不可欠である。そこで、コッククロフト・ウォルトン回路を使用する場合には、高電圧な出力電圧を検出する回路と、交流電源の波高値を任意に調整できる回路を別途加えて、電圧源回路が構成される。 The Cockcroft-Walton circuit is often used for a high-voltage power supply circuit that does not require much output current because of its simple circuit configuration and relatively safe and easy generation of a high voltage. However, not only the Cockcroft-Walton circuit but also a high-voltage power supply circuit is required to be able to monitor the output voltage and arbitrarily control the output voltage. Therefore, when the Cockcroft-Walton circuit is used, a voltage source circuit is configured by separately adding a circuit for detecting a high output voltage and a circuit capable of arbitrarily adjusting the peak value of the AC power supply.
図2は、例えば特許文献1及び2に示されるような、コッククロフト・ウォルトン回路を使用した従来の電圧源回路の概略構成を示している。電圧源回路は、コッククロフト・ウォルトン回路10のコンデンサ11とダイオード12で構成された回路部のみと、コッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧を平滑するように接続された平滑回路(コンデンサ21と抵抗22で構成されている)20と、平滑された出力電圧に対してその出力電流を検出するために出力電圧電位に接続した検出抵抗41(後述のように、例えば、メガΩレベルの大抵抗であり、ここに流れる電流はμAレベルとなる。)を含む差分検出回路40と、設定電圧端子50から差分検出回路に入力された設定電圧と検出された出力電圧の差分電圧を入力して、電源電圧から調整可能な直流の入力電圧を出力するPI動作型フィードバック制御回路60と、その入力電圧から調整可能な波高値を持つ交流電圧をプッシュプル型高周波変圧器83の二次側から出力するスイッチングレギュレータ回路80と、を備えている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of a conventional voltage source circuit using a Cockcroft-Walton circuit as disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example. The voltage source circuit is composed of only a circuit portion composed of the
検出抵抗41により検出された出力電流は、設定電圧抵抗42より流れる設定電圧電流と比較され、その差分電流が差分電圧として差分検出信号端子43に出力される。図2の回路構成では負の出力電圧が出力電圧端子30より取得できるようになっている。この場合、設定電圧を逆極性の正に設定する。出力電圧(制御対象電圧とも言う)が設定電圧に依存した目標値を下回る場合には、差分検出回路40は負の差分電圧を出力する。
The output current detected by the
PI動作型フィードバック制御回路60は、入力された差分電圧に応じた直流の入力電圧(端子61の電圧)を出力する。PI動作型フィードバック制御回路60内部では、差分電圧より比例要素信号と積分要素信号が生成され、いわゆるフィードバック制御信号が出力される。実際には、このフィードバック制御信号電圧に応じた入力電圧が電源電圧端子70より入力した電源電圧より抽出され、出力される。
The PI operation type
プッシュプル型スイッチングレギュレータ回路80は、二石のスイッチングトランジスタ82と、これを交互にOPEN/CLOSEを制御するスイッチングゲートパルス発生回路81と、二石のスイッチングトランジスタ82が交互にOPEN/CLOSEしたときに二次側コイル端に交流電圧を発生するプッシュプル型高周波変圧器83と、を備える。これは直流の入力電圧を入力して交流電圧を出力する、コッククロフト・ウォルトン回路の交流電源部を構成している。
The push-pull
以上の回路構成は、いわゆるフィードバック制御方式と呼ばれる。この電圧源回路によれば、設定電圧を入力することで入力電圧を出力、調整して、出力電圧を設定電圧に応じた目標値に昇圧、調整、収束させることができ、かつ長期間これを保持する安定度を実現する。 The above circuit configuration is called a so-called feedback control system. According to this voltage source circuit, the input voltage can be output and adjusted by inputting the set voltage, and the output voltage can be boosted, adjusted and converged to the target value corresponding to the set voltage, and this can be applied for a long time. Realize the stability to hold.
ところで、測長SEMにおいては、半導体デザインルールにある微細化に従う精度面の向上の要求と、同時にスループットと呼ばれるスピード面の向上の要求が、年々高まってきている。これを実現する手段の一つが搭載する電圧源回路の性能向上である。電圧源回路でいう精度面とは出力電圧の安定度を意味し、スピード面は速応性であり、両方を同時に高めることが課題である。 By the way, in the length measurement SEM, a demand for improvement in accuracy according to miniaturization in the semiconductor design rule and a demand for improvement in speed called throughput are increasing year by year. One means for realizing this is to improve the performance of the voltage source circuit mounted. The accuracy aspect in the voltage source circuit means the stability of the output voltage, the speed aspect is quick response, and the problem is to increase both at the same time.
しかしながら、コッククロフト・ウォルトン回路単体での性能から述べてきたように、コッククロフト・ウォルトン回路を使用した従来の回路構成では、安定度と速応性とは相反する関係にある。 However, as described from the performance of the Cockcroft-Walton circuit alone, in the conventional circuit configuration using the Cockcroft-Walton circuit, the stability and the quick response are in a contradictory relationship.
電圧源回路の安定度を議論する場合には長期的な変動要因である経時変化の他に、スイッチング周波数という高い周波数で変動するリップルにも注目しなければならない。高周波リップルはコッククロフト・ウォルトン回路を構成するコンデンサの常時繰り返される充放電電圧分であり、出力電流に比例する。安定度を高めるため、つまり高周波リップルを小さくするためには、出力電流を小さく抑える必要(例えば、μAレベル)があり、このためには検出抵抗41の抵抗値を大きく(例えば、メガΩレベル)するしかない。このように検出できる電流が小さいと得られる情報量も少ないので、所望電圧制御の応答性が悪くなってしまい、安定度は上がるものの、速応性は実現困難である。
When discussing the stability of the voltage source circuit, it is necessary to pay attention to a ripple that fluctuates at a high frequency called a switching frequency, in addition to a change over time, which is a long-term fluctuation factor. The high-frequency ripple is the charge / discharge voltage that is constantly repeated in the capacitor constituting the Cockcroft-Walton circuit, and is proportional to the output current. In order to increase the stability, that is, to reduce the high frequency ripple, it is necessary to suppress the output current (for example, μA level). For this purpose, the resistance value of the
一方、速応性を議論する場合、出力電圧の放電速度に注目しなければならない。速応性を高めた制御を実施する場合には、出力電圧が目標値を一旦上回るオーバーシュートは必須であり、また現状の出力電圧値から降圧させる制御にも放電速度を高める必要がある。しかし、出力電圧を素早く放電するため、つまりコンデンサに充電された電荷を素早く放電するためには検出抵抗(負荷)を流れる放電電流を大きくする必要があり、このためには検出抵抗41の抵抗値を小さくするしかない。この場合には、逆に安定性を犠牲にしてしまうことになる。
On the other hand, when discussing rapid response, attention must be paid to the discharge rate of the output voltage. When performing control with increased responsiveness, it is essential to overshoot the output voltage once exceeding the target value, and it is also necessary to increase the discharge rate for control to step down the current output voltage value. However, in order to discharge the output voltage quickly, that is, to quickly discharge the electric charge charged in the capacitor, it is necessary to increase the discharge current flowing through the detection resistor (load). For this purpose, the resistance value of the
以上のように、コッククロフト・ウォルトン回路を用いた従来の電圧源回路では、安定性と速応性を両立することができなかった。 As described above, the conventional voltage source circuit using the Cockcroft-Walton circuit cannot achieve both stability and quick response.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、安定性と速応性を両立することができる電圧源回路を提供するものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and provides a voltage source circuit capable of achieving both stability and quick response.
上記課題を解決するために、本発明では、コッククロフト・ウォルトン回路を用いた従来の電圧源回路の構成に加えて、従来の出力電圧電位(制御対象電位)とグランド間にスイッチ(アナログスイッチ)と放電専用の抵抗を設けている。スイッチは放電用抵抗に流す放電電流のタイミングと量を調整する役目を持ち、放電電流制御回路なる回路を設けて、これを制御する。これらを総じて放電制御回路と呼び、フィードバック制御回路内で生成した放電を開始するタイミング信号なる放電制御信号を入力する構成となる。 In order to solve the above problems, in the present invention, in addition to the configuration of a conventional voltage source circuit using a Cockcroft-Walton circuit, a switch (analog switch) is connected between a conventional output voltage potential (control target potential) and ground. A resistor dedicated to discharging is provided. The switch has a role of adjusting the timing and amount of the discharge current flowing through the discharge resistor, and controls the discharge current control circuit by providing a circuit. These are collectively referred to as a discharge control circuit, and a discharge control signal serving as a timing signal for starting discharge generated in the feedback control circuit is input.
即ち、本発明による電圧源回路は、直流電圧を入力して交流電圧に変換するスイッチングレギュレータ回路と、交流電圧が供給され、波高値の段数倍まで昇圧した直流電圧を出力するコッククロフト・ウォルトン回路と、出力された直流電圧の電位に接続され、出力電流を検出する検出抵抗と、直流電圧と設定電圧との差分電圧を出力する差分検出回路と、差分電圧から前記スイッチングレギュレータ回路に入力する直流電圧を電源電圧より抽出するPI動作を実現する比例及び積分要素を有したフィードバック制御回路と、コッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧の放電を制御する放電制御回路と、を備えている。そして、放電制御回路は、コッククロフト・ウォルトン回路からの放電電流を流す放電用抵抗と、放電電流のON/OFFを制御するためのスイッチと、フィードバック制御回路からの出力に基づいて、スイッチのON/OFFを制御するための放電制御信号を生成する放電電流制御回路と、を備えている。なお、コッククロフト・ウォルトン回路において、出力直流電圧を取る段と、放電させる出力電圧の段が同一であることが望ましい。 That is, the voltage source circuit according to the present invention includes a switching regulator circuit that inputs a DC voltage and converts it into an AC voltage, and a Cockcroft-Walton circuit that is supplied with the AC voltage and outputs a DC voltage boosted to a multiple of the peak value. A detection resistor connected to the potential of the output DC voltage and detecting an output current; a differential detection circuit that outputs a differential voltage between the DC voltage and the set voltage; and a DC input from the differential voltage to the switching regulator circuit A feedback control circuit having proportional and integral elements for realizing a PI operation for extracting a voltage from a power supply voltage, and a discharge control circuit for controlling discharge of an output voltage of the Cockcroft-Walton circuit. Then, the discharge control circuit is configured to turn on / off the switch based on a discharge resistor for supplying a discharge current from the Cockcroft-Walton circuit, a switch for controlling ON / OFF of the discharge current, and an output from the feedback control circuit. A discharge current control circuit for generating a discharge control signal for controlling OFF. In the Cockcroft-Walton circuit, it is desirable that the stage for taking the output DC voltage and the stage for the output voltage to be discharged are the same.
さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。 Further features of the present invention will become apparent from the best mode for carrying out the present invention and the accompanying drawings.
本発明の電圧源回路によれば、安定性と速応性を両立することができる。 According to the voltage source circuit of the present invention, both stability and rapid response can be achieved.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it should be noted that this embodiment is merely an example for realizing the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. In each drawing, the same reference numerals are assigned to common components.
<電圧源回路の構成>
図3は、本発明の実施形態による電圧源回路の概略構成を示す図である。電圧源回路1は、上述の従来の回路構成(図2参照)に加えて、放電電流制御回路91とアナログスイッチ92と放電用抵抗93とで構成された放電制御回路90を備えている。この場合、出力電圧が目標値を上回るにせよ、設定電圧を下げて降圧制御するにせよ、差分検出信号端子には正の差分電圧が供給される。PI動作型フィードバック制御回路60は、この差分電圧から放電のタイミングや放電電流量を制御する放電制御信号電圧を生成して、放電制御信号端子62に供給する。
<Configuration of voltage source circuit>
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the voltage source circuit according to the embodiment of the present invention. The voltage source circuit 1 includes a
放電制御信号電圧は、放電制御回路90内の放電電流制御回路91においてゲイン倍され、またオフセットが加えられ、アナログスイッチ92をOPEN/CLOSE制御し、出力電圧から放電用抵抗93を介して流れる放電電流量を調整及び制御するための信号源となる。つまり、コンデンサ21からの放電が必要なときにアナログスイッチ92をCLOSE(ON)にし、電流を放電用抵抗93に流すことによって急速放電を実現している。なお、このためには、放電用抵抗93の抵抗値は、検出用抵抗41の抵抗値よりも十分に小さく設定する必要がある。
The discharge control signal voltage is multiplied by a gain in the discharge
なお、状況に応じて放電速度を変えたい場合がある。出力電圧が目標値に近づき僅かな差を収束させていくときの放電については、放電電流量と速度を抑えて発振に陥らないようにしたいのである。また、出力電圧を一旦ゼロ(オフ)にする場合には、放電電流量を大きくして一気に放電させたい。このような広い範囲、様々な状況に応じるために、図3の回路構成では、放電電流量を可変、調整できることを前提にしている。 In some cases, the discharge rate may be changed depending on the situation. For discharge when the output voltage approaches the target value and converges a slight difference, we want to suppress the discharge current amount and speed so as not to fall into oscillation. Also, when the output voltage is once set to zero (off), it is desired to increase the discharge current amount to discharge at once. In order to respond to such a wide range and various situations, the circuit configuration of FIG. 3 assumes that the amount of discharge current can be varied and adjusted.
しかし、放電を可変及び調整する範囲が広がるほどに望む放電速度を実現できない制約が生まれてくることもある。この場合には複数のアナログスイッチ、放電用抵抗を用意して、放電制御信号電圧範囲に応じた抵抗値の放電用抵抗を選択して放電させるようにすればよい。 However, there may be a restriction that the desired discharge rate cannot be realized as the range in which the discharge can be varied and adjusted is widened. In this case, a plurality of analog switches and discharge resistors may be prepared, and discharge resistors having resistance values corresponding to the discharge control signal voltage range may be selected and discharged.
また、コッククロフト・ウォルトン回路10において、出力電圧を取る出力端子を設ける段と放電させるコンデンサの段は同一でなければならない。この条件について、以下図4を用いて説明する。
In the Cockcroft-
図4は、放電制御回路90のアナログスイッチ92を接続する電位を出力電圧電位ではなく、八段構成のコッククロフト・ウォルトン回路16の第二段目のコンデンサ18の電位に接続した場合の回路構成例である。なお、図4では、PI動作型フィードバック制御回路60は省略されている。
FIG. 4 shows a circuit configuration example in the case where the potential for connecting the
図4の回路構成では、高耐圧なアナログスイッチである必要がないというメリットはあるものの、期待している効果は得られない。つまり、この場合、放電制御回路90は一段目充電コンデンサ17、二段目充電コンデンサ18に蓄えられた電荷を、放電用抵抗を介して素早く放電させることができるが、残りのコンデンサに蓄えられた電荷は検出抵抗41を介してしか放電されない。従って、検出抵抗41による放電動作及び二段目充電コンデンサの放電動作が実行されることによって、出力電圧が目標値を下回ったとしても、アナログスイッチ92がOPENして直ぐに二段目コンデンサは残りのコンデンサが蓄えている電荷にまで直ぐに充電される。このため、従来の検出抵抗41のみを介して制御、放電する場合と何ら変わらないのである。
In the circuit configuration of FIG. 4, although there is a merit that it is not necessary to be a high withstand voltage analog switch, the expected effect cannot be obtained. In other words, in this case, the
以上のように、コッククロフト・ウォルトン回路10において、出力電圧を取る段と放電するコンデンサの段が異なると安定性と速応性を両立できないので、これらは同一の段に設定するのが望ましいのである。
As described above, in the Cockcroft-
<電圧源回路の別の構成例>
図5は、電圧源回路の別の構成例であって、アナログスイッチ92が出力電圧ほどの耐圧を実現できない場合の回路構成例を示す図である。
<Another configuration example of the voltage source circuit>
FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the voltage source circuit, and illustrates a circuit configuration example in the case where the
図5に示されるように、八段構成のコッククロフト・ウォルトン回路16では、出力電圧を構成する偶数段の四つのコンデンサそれぞれにアナログスイッチ92と放電用抵抗93が接続されている。アナログスイッチ92の耐圧は各偶数段のコンデンサに充電された電荷以上であればよい。この場合には全てのアナログスイッチ92に対して同じタイミングと放電電流量を制御できるような信号(電流もしくは電圧)を放電電流量制御端子94より加える必要がある。
As shown in FIG. 5, in the eight-stage Cockcroft-
<測長SEMへの応用>
測長SEMでは半導体回路を積層させていく円板(ウェハと呼ばれるもの)を真空槽内に入れて観測する。ウェハはホルダと呼ばれるウェハを固定する台に乗せられて真空槽内に搬送される。真空槽内にはウェハの乗ったホルダを受け取り平面移動可能なステージがある。
<Application to measuring SEM>
In the length measurement SEM, a disk (called a wafer) on which semiconductor circuits are stacked is placed in a vacuum chamber and observed. The wafer is carried on a table called a holder on which a wafer is fixed and is transferred into a vacuum chamber. In the vacuum chamber, there is a stage that receives a holder on which a wafer is placed and can move in a plane.
測長SEMの現流機には測長性能を助けるためにホルダに高電圧を印加しており、これに従来の電圧源回路構成方式を採用している。ホルダに高電圧を印加する動作は、ホルダを真空槽から取り出すとき(アンロード)、放電完了を待つという時間も考慮しなければならなくなる。放電しきらないまま、帯電された状態のままの場合、放電や異物の吸着といった装置性能劣化に繋がる現象を引き起こす可能性が高まる。 A high voltage is applied to the holder in the current measuring machine of the length measuring SEM in order to help the length measuring performance, and a conventional voltage source circuit configuration method is adopted for this. In the operation of applying a high voltage to the holder, when the holder is taken out of the vacuum chamber (unloading), it is necessary to consider the time for waiting for the discharge to be completed. In the case where the battery is not fully discharged and remains in a charged state, there is a high possibility of causing a phenomenon that leads to deterioration of the apparatus performance such as discharge and adsorption of foreign matter.
しかし、放電完了までアンロード動作を待機させると、測長SEMのスループットを下げてしまうという問題点がある。 However, if the unload operation is waited until the discharge is completed, there is a problem that the throughput of the length measuring SEM is lowered.
そこで、測長SEMに本発明による電圧源回路を用いれば、選択的な放電が可能となり、放電完了を待つという時間を限りなく小さくすることができる。これによって放電完了を待つことなく並列処理も可能となり、アンロードシーケンスの時間短縮を実現できるようになる。つまり、測長SEMのスループットを向上させることができる。 Therefore, if the voltage source circuit according to the present invention is used for the length measurement SEM, selective discharge becomes possible, and the time for waiting for the completion of discharge can be reduced as much as possible. As a result, parallel processing can be performed without waiting for the completion of discharge, and the time of the unload sequence can be reduced. That is, the throughput of the length measurement SEM can be improved.
また、本発明による電圧源回路を用いれば、敢えて出力電流、高周波リップルを大きく取り、敢えて定常安定状態から出力電圧を変動、振動させることもできる。これにより、未だ解明されていないウェハ自身の帯電、観察における局所帯電において、その解明、解消に効果を奏する可能性がある。 Further, if the voltage source circuit according to the present invention is used, the output current and the high frequency ripple can be intentionally increased, and the output voltage can be fluctuated and oscillated from the steady stable state. As a result, there is a possibility that in the charging of the wafer itself that has not yet been elucidated and in the local charging in the observation, the elucidation and elimination can be effective.
<まとめ>
出力電圧の放電を必要とするような、目標値を上回ってオーバーシュートしたとき、降圧へ制御するとき、及びゼロボルトへオフするときにのみ、放電制御回路のアナログスイッチを閉じて(スイッチONして)放電用抵抗を介して放電電流を流すことができる。この場合、放電用抵抗93は常時出力電圧をモニターしている検出抵抗41の抵抗値よりも十分小さな値にすることで、より効果を発揮して、素早く放電することができる。
<Summary>
Close the analog switch of the discharge control circuit (switch ON) only when overshooting exceeding the target value that requires discharging of the output voltage, when controlling to step down, and when turning off to zero volts. ) A discharge current can flow through the discharge resistor. In this case, the
また、検出抵抗41の方は常時高い安定度を実現することを優先することが可能となり、抵抗値の大きいものを使用することで高周波リップルを低減する効果も同時に得られる。
In addition, the
さらに、上述のように、コッククロフト・ウォルトン回路において、出力直流電圧を取る段と、放電させる出力電圧の段が同一であることが望ましい。なお、コッククロフト・ウォルトン回路の所定の段(複数段を含む)からの出力直流電圧を取ることできるような構成を採る場合、その段には放電制御回路を接続するようにすれば、入力電圧や設定電圧を変化させることなく、様々な値に昇圧された出力電圧を、安定性及び速応性を両立させながら生成することができるようになる。 Further, as described above, in the Cockcroft-Walton circuit, it is desirable that the stage for taking the output DC voltage and the stage for the output voltage to be discharged are the same. In addition, when adopting a configuration that can take an output DC voltage from a predetermined stage (including a plurality of stages) of the Cockcroft-Walton circuit, if a discharge control circuit is connected to that stage, the input voltage or Without changing the set voltage, the output voltage boosted to various values can be generated while achieving both stability and quick response.
10…コッククロフト・ウォルトン回路(CW回路)、11…コンデンサ、12…ダイオード、13…交流電源、14…一段目コンデンサ充電回路、15…二段目コンデンサ充電回路、16…八段構成のコッククロフト・ウォルトン回路、17…一段目充電コンデンサ、18…二段目充電コンデンサ、20…平滑回路、21…平滑コンデンサ、22…平滑抵抗、30…出力電圧端子(制御対象電圧)、40…差分検出回路、41…検出抵抗、42…設定電圧抵抗、43…差分検出信号端子(差分電圧)、50…設定電圧端子(設定電圧)、60…PI動作型フィードバック制御回路、61…入力電圧端子(入力電圧)、62…放電制御信号端子(放電制御信号電圧)、70…電源電圧端子(電源電圧)、80…プッシュプル型スイッチングレギュレータ回路、81…スイッチングゲートパルス発生回路、82…スイッチングトランジスタ、83…プッシュプル型高周波変圧器、90…放電制御回路、91…放電電流制御回路、92…アナログスイッチ、93…放電用抵抗、94…放電電流量制御端子(放電電流量制御電圧)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記交流電圧が供給され、波高値の段数倍まで昇圧した直流電圧を出力するコッククロフト・ウォルトン回路と、
前記出力された直流電圧の電位に接続され、出力電流を検出する検出抵抗と、
前記出力された直流電圧と設定電圧との差分電圧を出力する差分検出回路と、
前記差分電圧から前記スイッチングレギュレータ回路に入力する直流電圧を電源電圧より抽出するPI動作を実現する比例及び積分要素を有したフィードバック制御回路と、
前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧の放電を制御する放電制御回路と、を備え、
前記放電制御回路は、
前記コッククロフト・ウォルトン回路からの放電電流を流す放電用抵抗と、
前記放電電流のON/OFFを制御するためのスイッチと、
前記フィードバック制御回路からの出力に基づいて、前記スイッチのON/OFFを制御するための放電制御信号を生成する放電電流制御回路と、
を備え、前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力直流電圧を設定電圧に比例した目標値に収束させることを特徴とする電圧源回路。 A switching regulator circuit that inputs a DC voltage and converts it to an AC voltage;
A Cockcroft-Walton circuit that is supplied with the AC voltage and outputs a DC voltage boosted up to several times the peak value;
A detection resistor connected to the potential of the output DC voltage and detecting an output current;
A difference detection circuit for outputting a difference voltage between the output DC voltage and a set voltage,
A feedback control circuit having proportional and integral elements for realizing a PI operation for extracting a DC voltage input to the switching regulator circuit from the differential voltage from a power supply voltage;
A discharge control circuit for controlling the discharge of the output voltage of the Cockcroft-Walton circuit,
The discharge control circuit includes:
A resistor for discharging the discharge current from the Cockcroft-Walton circuit;
A switch for controlling ON / OFF of the discharge current;
A discharge current control circuit that generates a discharge control signal for controlling ON / OFF of the switch based on an output from the feedback control circuit;
And a voltage source circuit for converging the output DC voltage of the Cockcroft-Walton circuit to a target value proportional to a set voltage.
前記交流電圧が供給され、波高値の段数倍まで昇圧した直流電圧を出力するコッククロフト・ウォルトン回路と、
前記出力された直流電圧の電位に接続され、出力電流を検出する検出抵抗と、
前記出力された直流電圧と設定電圧との差分電圧を出力する差分検出回路と、
前記差分電圧から前記スイッチングレギュレータ回路に入力する直流電圧を電源電圧より抽出するPI動作を実現する比例及び積分要素を有したフィードバック制御回路と、
前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧の放電を制御する放電制御回路と、を備え、
前記放電制御回路は、前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力直流電圧を生成する偶数段のコンデンサの全てを対象に蓄えられた電荷を放電するようにスイッチと放電用抵抗とを各段のコンデンサ一個に対して一組有し、さらに、前記フィードバック制御回路より放電電流量を調整する制御信号を全ての前記スイッチへ出力する放電電流制御回路を備え、前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力直流電圧を設定電圧に比例した目標値に収束させることを特徴とする電圧源回路。 A switching regulator circuit that inputs a DC voltage and converts it to an AC voltage;
A Cockcroft-Walton circuit that is supplied with the AC voltage and outputs a DC voltage boosted up to several times the peak value;
A detection resistor connected to the potential of the output DC voltage and detecting an output current;
A difference detection circuit for outputting a difference voltage between the output DC voltage and a set voltage,
A feedback control circuit having proportional and integral elements for realizing a PI operation for extracting a DC voltage input to the switching regulator circuit from the differential voltage from a power supply voltage;
A discharge control circuit for controlling the discharge of the output voltage of the Cockcroft-Walton circuit,
The discharge control circuit includes a switch and a discharge resistor for each capacitor of each stage so as to discharge the electric charge stored in all of the even-stage capacitors that generate the output DC voltage of the Cockcroft-Walton circuit. And a discharge current control circuit that outputs a control signal for adjusting a discharge current amount from the feedback control circuit to all the switches, and the output DC voltage of the Cockcroft-Walton circuit is proportional to a set voltage. A voltage source circuit that converges to a target value.
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