KR20220051241A - 전원 공급 모듈 및 하전 입자 빔 장치 - Google Patents

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Abstract

리플 노이즈를 저감 가능한 전원 공급 모듈 및 하전 입자 빔 장치를 제공한다. 고전압 생성 회로(101)는, 서로 대칭 구성인 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)를 포함하고, 당해 2계통의 승압 회로(CPa, CPb) 내의 용량 소자 및 다이오드를 사용하여 승압 동작을 행한다. 고전압 생성 회로는, 하우징에 수용되고, 기준 전원 전압이 인가된다. 좌측 전극(102a)은, 하우징 내에서, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)의 한쪽의 근방에 고정적으로 설치되고, 우측 전극(102b)은, 하우징 내에서, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)의 다른 쪽의 근방에 고정적으로 설치된다. 부유 용량 조정 회로(100a)는, 좌측 전극(102a)과 기준 전원 전압(104) 사이의 전기적인 접속 특성과, 우측 전극(102b)과 기준 전원 전압(104) 사이의 전기적인 접속 특성을 각각 전기적으로 제어함으로써, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)의 부유 용량의 용량값을 조정한다.

Description

전원 공급 모듈 및 하전 입자 빔 장치
본 발명은 전원 공급 모듈 및 하전 입자 빔 장치에 관한 것으로, 예를 들어 대칭형의 코크로프트ㆍ월튼 회로를 포함한 전원 공급 모듈, 및 당해 전원 공급 모듈로부터의 전원으로 동작하는 하전 입자 빔 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 압력 탱크 내에서 승압 코일의 2차 코일의 양 외측의 단부면에 사이를 두고 각각 대향하도록 배치된 2개의 접지판과, 이 각 접지판과 그것에 대향하는 2차 코일의 단부면과의 사이의 거리를 각각 조정하는 2개의 거리 조정 기구를 구비한 직류 고압 전원 장치가 개시된다.
일본 특허 공개 평11-225476호 공보
고전압의 전원을 공급하는 전원 공급 모듈은, 예를 들어 대칭형의 코크로프트ㆍ월튼 회로와 같은 고전압 생성 회로를 구비한다. 이러한 고전압 생성 회로는, 회로 구성을 선대칭으로 함으로써, 선대칭축의 양측에서 발생하는 리플 노이즈를 제거하는 것이 가능하다. 한편, 전원 공급 모듈에서는, 고전압 생성 회로와 기준 전원 전압이 인가되는 하우징 사이나, 고전압 생성 회로에 포함되는 용량 소자간에 부유 용량(전기적인 약한 결합)이 형성된다. 이 부유 용량의 용량값은, 각 부품의 실장 위치나 실장 방향 등에 의해 정해진다.
이 때문에, 예를 들어 부품 실장 시에 실장 위치나 실장 방향이 변동되면, 부유 용량의 용량값도 그에 따라 변동된다. 그 결과, 회로 구성의 대칭성이 저하되어, 리플 노이즈가 증가할 우려가 있다. 특히, 하우징 내에서 고전압 생성 회로가 절연용 수지 부재로 덮인 몰드 구성의 전원 공급 모듈에서는, 절연용 수지 부재의 비유전율이 공기보다 크기 때문에, 부유 용량의 용량값은 보다 커진다. 이 경우, 회로 구성의 대칭성은 보다 저하되기 쉬워지고, 리플 노이즈는 보다 증가하기 쉬워진다. 한편, 특허문헌 1에는, 부유 용량의 용량값을 기계적으로 가변 조정하는 방식이 개시된다. 단, 당해 방식은, 상술한 몰드 구성의 전원 공급 모듈에 대해서는 적용 곤란하다.
본 발명은 이러한 것을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적의 하나는, 리플 노이즈를 저감 가능한 전원 공급 모듈 및 하전 입자 빔 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 그리고 그 밖의 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 밝혀질 것이다.
본원에 있어서 개시되는 실시 형태 중 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면 하기한 바와 같다.
본 발명의 대표적인 실시 형태에 따른 전원 공급 모듈은, 대칭형의 고전압 생성 회로와, 하우징과, 제1 및 제2 전극과, 부유 용량 조정 회로를 갖는다. 고전압 생성 회로는, 서로 대칭 구성인 2계통의 승압 회로를 포함하고, 당해 2계통의 승압 회로 내의 용량 소자 및 다이오드를 사용하여 승압 동작을 행한다. 하우징은, 고전압 생성 회로를 수용하고, 기준 전원 전압이 인가된다. 제1 전극은, 하우징 내에서, 2계통의 승압 회로의 한쪽의 근방에 고정적으로 설치되고, 제2 전극은, 하우징 내에서, 2계통의 승압 회로의 다른 쪽의 근방에 고정적으로 설치된다. 부유 용량 조정 회로는, 제1 전극과 기준 전원 전압 사이의 전기적인 접속 특성과, 제2 전극과 기준 전원 전압 사이의 전기적인 접속 특성을 각각 전기적으로 제어함으로써, 2계통의 승압 회로의 부유 용량의 용량값을 조정한다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 실시 형태에 의해 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면, 전원 공급 모듈에 있어서, 리플 노이즈가 저감 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 고전압 생성 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 3은 도 1의 전원 공급 모듈에 있어서의 주요부의 실장 형태의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 5는 도 4를 변형한 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 6에 있어서의 탐색 회로의 처리 내용의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 도 6의 전원 공급 모듈에 있어서, 스위치의 온ㆍ오프 상태의 조합의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다.
이하의 실시 형태에 있어서, 요소의 수 등(개수, 수치, 양, 범위 등을 포함함)을 언급하는 경우, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 특정 수에 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 특정 수에 한정되는 것은 아니며, 특정 수 이상이어도 되고 이하여도 된다. 또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함함)는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 필수적이라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수적인 것은 아니다. 마찬가지로, 이하의 실시 형태에 있어서, 구성 요소 등의 형상, 위치 관계 등을 언급할 때에는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 그렇지 않다고 생각되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함하는 것으로 한다. 이것은, 상기 수치 및 범위에 대해서도 마찬가지이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 부재에는 원칙적으로 동일한 부호를 부여하고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
(실시 형태 1)
<<전원 공급 모듈의 구성>>
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 2는, 도 1에 있어서의 고전압 생성 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 1에 도시하는 전원 공급 모듈(환언하면 고전압 전원 장치)(10a)은, 고전압 생성 회로(101)와, 좌측 전극(제1 전극)(102a)과, 우측 전극(제2 전극)(102b)과, 부유 용량 조정 회로(100a)를 갖는다.
고전압 생성 회로(101)는, 대표적으로는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 대칭형의 코크로프트ㆍ월튼 회로 등이다. 도 2의 고전압 생성 회로(101)는, 기준 노드(1003)와, 출력 노드(1006)와, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)와, 트랜스(1004)와, 교류 신호원(1005)을 갖는다. 기준 노드(1003)에는 기준 전원 전압(예를 들어 접지 전원 전압)이 인가되고, 출력 노드(1006)에는 출력 전압이 생성된다.
2계통의 승압 회로(CPa, CPb)는, 기준 노드(1003)와 출력 노드(1006) 사이에서 래더상으로 접속되는 복수의 용량 소자(1001) 및 복수의 다이오드(1002)를 구비한다. 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)는, 기준 노드(1003)와 출력 노드(1006)를 연결하는 선대칭축을 기준으로 하여 서로 대칭 구성으로 되어 있다.
교류 신호원(1005)은, 트랜스(1004)에 교류 전압을 공급한다. 트랜스(1004)는, 당해 교류 전압을 받아 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)에 대하여 서로 역위상이 되는 입력 전압을 인가한다. 고전압 생성 회로(101)는, 당해 입력 전압을, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb) 내의 용량 소자(1001) 및 다이오드(1002)를 사용하여 순차적으로 승압(가산)하여 정류한다. 그 결과, 출력 노드(1006)에는, 입력 전압을 승압 가산하여 정류된 고전압(예를 들어 수kV 내지 수십kV 등)이 생성된다.
도 1에 있어서, 좌측 전극(102a)은, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)의 한쪽(여기서는 CPa)의 근방에 고정적으로 설치된다. 우측 전극(102b)은, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)의 다른 쪽(여기서는 CPb)의 근방에 고정적으로 설치된다. 좌측 전극(102a) 및 우측 전극(102b)의 각각은, 단수 또는 복수(여기서는 복수)의 분할 전극(PL)으로 구성된다. 분할 전극(PL)은, 예를 들어 도전체판 등이다.
부유 용량 조정 회로(100a)는, 복수의 스위치(SW)로 이루어지는 스위치군(103)과, 스위치 제어 회로(105)를 구비한다. 복수의 스위치(SW)는, 예를 들어 파워 트랜지스터 또는 릴레이 등으로 구성되며, 좌측 전극(102a) 및 우측 전극(102b) 내의 복수의 분할 전극(PL)과, 기준 전원 전압(104) 사이에 각각 접속된다. 스위치 제어 회로(105)는, 예를 들어 파워 트랜지스터 또는 릴레이를 구동하는 드라이버 회로 등으로 구성되며, 복수의 스위치(SW)의 온ㆍ오프를 각각 제어한다.
이러한 구성에 의해, 부유 용량 조정 회로(100a)는, 좌측 전극(102a)과 기준 전원 전압(104) 사이의 전기적인 접속 특성과, 우측 전극(102b)과 기준 전원 전압(104) 사이의 전기적인 접속 특성을 각각 전기적으로 제어한다. 이에 의해, 부유 용량 조정 회로(100a)는, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)의 부유 용량의 용량값을 조정한다.
<<전원 공급 모듈의 실장 형태>>
도 3은, 도 1의 전원 공급 모듈에 있어서의 주요부의 실장 형태의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 3의 전원 공급 모듈(10a)은, 도 1에 도시한 고전압 생성 회로(101), 좌측 전극(102a) 및 우측 전극(102b)을 수용하는 도전성의 하우징(케이스)(106)과, 절연용 수지 부재(108)를 구비한다. 하우징(106)에는, 기준 전원 전압(예를 들어 접지 전원 전압)(107)이 인가된다. 절연용 수지 부재(108)는, 하우징(106) 내에서, 고전압 생성 회로(101), 좌측 전극(102a) 및 우측 전극(102b)을 덮도록(환언하면 몰드하도록) 마련된다.
고전압 생성 회로(101)는, 예를 들어 도 2의 용량 소자(1001) 및 다이오드(1002) 등이 실장된 배선 기판으로 구성된다. 좌측 전극(102a)은, 배선 기판에 실장된 한쪽의 승압 회로(CPa)의 근방에 설치된다. 구체적인 설치 형태로서, 예를 들어 배선 기판과는 다른 개소에 설치되는 형태나, 배선 기판 상에서, 승압 회로(CPa)의 근방(예를 들어, 배선 기판의 외주 부분 등)에 설치되는 형태 등을 들 수 있다. 우측 전극(102b)에 관해서도 마찬가지이다.
또한, 좌측 전극(102a) 및 우측 전극(102b)은, 조정용 배선(109)을 통하여 스위치군(103)에 접속되고, 스위치군(103)을 통하여, 하우징(106)과 동일한 기준 전원 전압(107)에 접속된다. 단, 스위치군(103)의 접속처는, 경우에 따라서는, 하우징(106)과는 다른 기준 전원 전압이어도 된다.
스위치군(103)은, 도 1의 스위치 제어 회로(105)(예를 들어 드라이버 회로)를 포함시켜 고전압 생성 회로(101)와 동일한 배선 기판 상에 실장되거나, 또는 배선 기판과는 별개의 부품에 의해 구성되어도 된다. 조정용 배선(109)은, 배선 기판 상의 배선, 또는 배선 기판과는 다른 케이블 배선 등이다. 조정용 배선(109)의 적어도 일부는, 실장 형태에 상관없이, 절연용 수지 부재(108)로 덮인다.
여기서, 고전압 생성 회로(101)는, 통상 도 3에 도시되는 바와 같이, 기준 전원 전압(107)이 인가되는 하우징(106) 내에 수용된다. 이에 의해, 고전압 생성 회로(101)로부터 외부로의 방전 등을 차폐할 수 있어, 고전압 생성 회로(101)와 외부를 절연할 수 있다. 또한, 이 절연을 보다 짧은 거리에서 행하기 위해(나아가, 전원 공급 모듈(10a)의 소형화를 도모하기 위해), 고전압 생성 회로(101)와 하우징(106) 사이에는, 공기보다 절연 성능이 높은 절연용 수지 부재(108)를 마련하는 것이 바람직하다. 단, 일반적으로, 절연용 수지 부재(108)는 공기보다 유전율이 높다.
이러한 구성을 사용하면, 고전압 생성 회로(101)와 하우징(106) 사이에는, 부유 용량(Ca', Cb')이 형성되게 된다. 부유 용량(Ca')은, 고전압 생성 회로(101) 내의 한쪽의 승압 회로(CPa)와 하우징(106) 사이에 형성되고, 부유 용량(Cb')은, 고전압 생성 회로(101) 내의 다른 쪽의 승압 회로(CPb)와 하우징(106) 사이에 형성된다. 이 부유 용량(Ca', Cb')의 용량값은, 절연용 수지 부재(108)를 마련한 경우에, 보다 커진다.
여기서, 부유 용량(Ca')의 용량값과 부유 용량(Cb')의 용량값이 동일하면, 고전압 생성 회로(101)의 대칭성을 유지할 수 있다. 그러나, 예를 들어 조립 시(부품 실장 시)에, 고전압 생성 회로(101)(예를 들어 배선 기판)와 하우징(106)의 위치 관계에 어긋남이 생기거나, 또는 배선 기판 상의 부품(특히 용량 소자(1001))의 실장 위치에 어긋남이 생긴 경우에는, 부유 용량(Ca', Cb')의 용량값에 불평형이 생긴다. 이 불평형의 정도는, 특히 절연용 수지 부재(108)를 마련한 경우, 나아가 그에 따라 절연 거리를 짧게 한 경우에, 보다 커진다. 그리고, 불평형의 정도가 커질수록, 고전압 생성 회로(101)의 대칭성을 유지하기 어려워져, 리플 노이즈가 증대될 우려가 있다.
<<부유 용량 조정 회로의 동작>>
그래서, 도 1의 부유 용량 조정 회로(100a)를 사용하여 승압 회로(CPa, CPb)의 부유 용량의 용량값을 조정하는 것이 유익하게 된다. 구체적으로는, 예를 들어 좌측 전극(102a) 내의 일부의 분할 전극(PL)이, 온 상태의 스위치(SW)를 통하여 기준 전원 전압(107)(또는 104)에 접속되면, 승압 회로(CPa)의 부유 용량의 용량값은 증가한다. 한편, 좌측 전극(102a) 내의 분할 전극(PL)이, 오프 상태의 스위치(SW)에 의해 플로팅 상태인 경우, 승압 회로(CPa)의 부유 용량의 용량값은 변화하지 않는다.
이와 같이, 스위치 제어 회로(105)는, 복수의 스위치(SW)의 온ㆍ오프 상태를 제어함으로써, 승압 회로(CPa, CPb)의 각각에 대하여 부유 용량을 증가시킴/증가시키지 않음을 제어할 수 있다. 이에 의해, 승압 회로(CPa, CPb)의 부유 용량의 용량값이 평형 상태가 되도록 조정하는 것이 가능하게 된다. 구체예로서, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)에 원래 형성되는 부유 용량(Ca', Cb')의 용량값이 "Ca'<Cb'"인 경우, 좌측 전극(102a)을 사용하여 승압 회로(CPa)측의 부유 용량을 증가시키면 된다.
또한, 이러한 부유 용량의 용량값의 조정은, 절연용 수지 부재(108)를 포함시켜 전원 공급 모듈(10a)의 조립이 완료된 후에 실행된다. 그 결과, 조립 후의 전원 공급 모듈(10a)에 있어서, 고전압 생성 회로(101)의 대칭성을 유지할 수 있어, 리플 노이즈를 저감하는 것이 가능하게 된다.
또한, 스위치 제어 회로(105)는, 보다 상세하게는, 예를 들어 외부로부터의 온ㆍ오프 상태의 지시를 소정의 신호 배선을 통하여 수신하고, 당해 지시에 기초하여 복수의 스위치(SW)의 온ㆍ오프 상태를 제어한다. 이 경우, 당해 소정의 신호 배선에 대하여, 전원 공급 모듈(10a)의 조립 후에 신호를 송신할 수 있는 구성으로 되어 있으면 된다.
<<실시 형태 1의 주요한 효과>>
이상, 실시 형태 1의 전원 공급 모듈을 사용함으로써, 대표적으로는 리플 노이즈가 저감 가능하게 된다. 특히, 도 3과 같이 절연용 수지 부재(108)를 갖는 경우에, 리플 노이즈가 보다 증대되기 쉬워지지만, 이 경우라도 리플 노이즈를 충분히 저감하는 것이 가능하게 된다.
또한, 특허문헌 1의 방식은, 전극의 위치를 기계적으로 가변 조정하는 방식이기 때문에, 절연용 수지 부재(108)에 의해 전극의 위치가 고정되는 경우에는 적용이 곤란하게 된다. 한편, 실시 형태 1의 방식은, 절연용 수지 부재(108)의 유무에 상관없이 적용 가능하다. 특히, 절연용 수지 부재(108)가 있는 경우에는, 절연용 수지 부재(108)의 영향을 포함시킨 후에 부유 용량을 조정할 수 있다. 또한, 실시 형태 1의 방식을 사용함으로써, 특허문헌 1과 같은 기계적인 가변 조정 방식과 비교하여, 절연용 수지 부재(108)의 유무에 상관없이, 보다 저비용으로 조정 분해능을 높이는 것이 가능하게 된다.
(실시 형태 2)
<<전원 공급 모듈의 구성>>
도 4는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 4에 도시하는 전원 공급 모듈(10b)은, 도 1의 구성예와 비교하여, 좌측 전극(제1 전극)(202a) 및 우측 전극(제2 전극)(202b)의 구성이 다르다. 좌측 전극(202a) 및 우측 전극(202b)의 각각은, 복수의 분할 전극(PL0, PL1, PL2)으로 구성된다. 그리고, 복수의 분할 전극(PL0, PL1, PL2)의 적어도 일부(이 예에서는 전부)는, 서로 사이즈(면적)가 다르다.
도 4의 예에서는, 각 분할 전극(PLn)(n=0, 1, 2)의 사이즈는, 2n배 단위로 다르다. 구체예로서, 각 분할 전극(PL0, PL1, PL2)의 사이즈는, 각각 10㎟, 20㎟, 40㎟ 등이다. 이와 같이, 서로 사이즈가 다른 분할 전극을 사용함으로써, 예를 들어 동일 사이즈의 분할 전극을 사용하는 경우와 비교하여, 분할 전극의 수나 스위치(SW)의 수를 저감시킨 후에 동일 정도의 분해능을 얻을 수 있다.
이 분할 전극의 수(스위치의 수)의 삭감 효과는, 특히 분할 전극의 사이즈를 2n배 단위로 정한 경우에 보다 커진다. 예를 들어, 3개의 분할 전극(PL0, PL1, PL2)을 사용한 경우, 8(=23)단계(0 내지 70㎟의 범위에서 10㎟ 간격)의 조정이 가능하게 된다. 이와 같이, 기준 전원 전압(104)에 접속되는 전극의 사이즈를 가변 조정함으로써, 이상적으로는, 당해 전극의 사이즈에 비례하도록 부유 용량의 용량값도 조정된다.
도 5는, 도 4를 변형한 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 5에 도시하는 전원 공급 모듈(10c)은, 도 4의 구성예와 비교하여, 좌측 전극(제1 전극)(204a) 및 우측 전극(제2 전극)(204b)의 구성이 다르다. 좌측 전극(204a) 및 우측 전극(204b)의 각각은, 복수의 전극 그룹(PLG)을 구비한다. 그리고, 당해 복수의 전극 그룹(PLG)의 각각에 포함되는 복수의 분할 전극(PL0, PL1, PL2)은, 도 4의 경우와 마찬가지로 서로 2n배 단위로 사이즈가 다르다.
여기서, 예를 들어 전술한 도 4의 구성예에 있어서, 좌측 전극(202a)의 사이즈를 동일한 단위 폭으로 8단계로 조정한 경우, 이상적으로는 부유 용량의 용량값도 동일한 단위 폭으로 8단계로 조정된다. 단, 상세하게는, 부유 용량의 용량값의 간격 폭은 동일하다고는 할 수 없다. 이것은, 부유 용량의 용량값은, 분할 전극과 고전압 생성 회로(101) 내의 각 부품의 상대적인 위치 관계에 의존하기 때문이다. 이에 수반하여, 예를 들어 부유 용량의 용량값의 간격 폭이 크게 다르면, 부유 용량의 용량값을 목표값으로 정하는 것이 곤란하게 될 우려가 있다.
그래서, 도 5에서는, 복수의 전극 그룹(PLG)이 마련되고, 각 전극 그룹(PLG)은, 각각 다른 위치에 분산하여 설치된다. 이에 의해, 분할 전극의 위치 의존성이 있는 경우에도, 부유 용량의 용량값을 목표값으로 정하기 쉬워진다. 즉, 복수의 전극 그룹(PLG) 중에서 단수 또는 복수를 선택하고, 또한 선택된 전극 그룹(PLG) 중에서 단수 또는 복수의 분할 전극(PL0, PL1, PL2)을 선택함으로써, 이들의 조합에 의해 목표값에 가까운 용량값을 얻기 쉬워진다.
<<실시 형태 2의 주요한 효과>>
이상, 실시 형태 2의 전원 공급 모듈을 사용함으로써, 실시 형태 1에서 설명한 각종 효과 외에, 추가로 필요한 분할 전극의 수나 스위치(SW)의 수를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 전원 공급 모듈의 저비용화 등이 실현 가능하게 된다.
(실시 형태 3)
<<전원 공급 모듈의 구성>>
도 6은, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 6에 도시하는 전원 공급 모듈은, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 고전압 생성 회로(101), 분할 전극(PL), 스위치군(103) 및 스위치 제어 회로(105)에 추가하여, 리플 측정기(300)와, 탐색 회로(303)와, 기억 회로(304)를 구비한다.
리플 측정기(300)는, 고역 통과 필터(301) 및 전압 검출기(302)를 구비하고, 고전압 생성 회로(101)의 출력 전압에 포함되는 리플 진폭을 측정한다. 이때, 고역 통과 필터(301)는, 고전압 생성 회로(101)의 출력 전압 중에서 리플 노이즈를 추출하고, 전압 검출기(302)는, 당해 리플 노이즈의 전압 진폭을 검출한다.
탐색 회로(303)는, 스위치 제어 회로(105)를 통하여 스위치군(103) 내의 복수의 스위치(SW)의 온ㆍ오프 상태를 변경하면서, 리플 측정기(300)에서 측정되는 리플 진폭이 최소가 되는 온ㆍ오프 상태를 탐색한다. 그리고, 탐색 회로(303)는, 탐색 결과로서 얻어지는 온ㆍ오프 상태를 기억 회로(304)에 저장한다. 스위치 제어 회로(105)는, 그 후의 통상 동작에 있어서, 당해 기억 회로(304)에 저장된 온ㆍ오프 상태에 기초하여 스위치군(103)을 제어한다.
전압 검출기(302), 탐색 회로(303) 및 기억 회로(304)는, 예를 들어 단수 또는 복수의 전용 IC(Integrated Circuit)를 사용하는 형태나, 마이크로컴퓨터를 사용하는 형태 등을 대표로 여러 가지의 실장 형태로 실현 가능하다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터를 사용하는 경우, 전압 검출기(302)는 아날로그 디지털 변환기 등에 의해 실현되고, 탐색 회로(303)는 CPU(Central Processing Unit)를 사용한 프로그램 처리 등에 의해 실현된다. 이러한 마이크로컴퓨터는, 고전압 생성 회로(101)와 동일한 배선 기판 상에 실장되어도 된다. 또한, 전용 IC를 사용하는 경우, 예를 들어 탐색 회로(303)는 디지털 회로 등에 의해 실현된다.
<<탐색 회로의 상세>>
도 7은, 도 6에 있어서의 탐색 회로의 처리 내용의 일례를 도시하는 흐름도이다. 도 8은, 도 6의 전원 공급 모듈에 있어서, 스위치의 온ㆍ오프 상태의 조합의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8에 있어서, 여기서는 좌측 전극 및 우측 전극의 각각이 3개의 분할 전극(PL)을 구비하는 경우를 상정한다. 이 경우, 총 6개의 분할 전극(PL)에 대응하는 6개의 스위치(SW)에, 각각 고유 번호인 스위치 No.가 할당된다. 또한, 6개의 스위치(SW)에 수반하여, 온ㆍ오프 상태의 조합은 64가지 존재하며, 이 64가지의 조합별로 조합 No.가 할당된다. 도 8과 같은 조합 테이블은, 예를 들어 미리 기억 회로(304)에 저장된다.
도 7의 플로는, 소정의 타이밍에 적절하게 실행된다. 일례로서, 전원 투입 후의 시스템의 초기화 단계에서 실행되는 경우나, 또는 시스템의 메인터넌스 시 등에 있어서 유저의 요구에 따라 실행되는 경우나, 혹은 전원 공급 모듈의 조립 후에 한번만 실행되는 경우 등을 들 수 있다.
도 7의 스텝 S201에 있어서, 탐색 회로(303)는, 기억 회로(304)로부터 조합 No.1에 대응하는 온ㆍ오프 상태를 취득하고, 당해 온ㆍ오프 상태를 스위치 제어 회로(105)를 통하여 스위치군(103)에 설정한다. 스텝 S202에 있어서, 탐색 회로(303)는, 리플 측정기(300)를 사용하여, 고전압 생성 회로(101)의 리플 진폭을 측정한다. 스텝 S203에 있어서, 탐색 회로(303)는, 현재의 조합 No.와 리플 진폭의 측정값의 대응 관계를 기억 회로(304)에 저장한다.
그 후, 스텝 S204에 있어서, 탐색 회로(303)는, 기억 회로(304)로부터 다음 조합 No.에 대응하는 온ㆍ오프 상태를 취득하고, 당해 온ㆍ오프 상태를 스위치 제어 회로(105)를 통하여 스위치군(103)에 설정한다. 스텝 S205에 있어서, 탐색 회로(303)는, 리플 측정기(300)를 사용하여, 고전압 생성 회로(101)의 리플 진폭을 측정한다.
계속해서, 스텝 S206에 있어서, 탐색 회로(303)는, 스텝 S205에서의 리플 진폭의 현 측정값이 기억 회로(304)에 저장되어 있는 리플 진폭의 구 측정값보다 작은지 여부를 판정한다. 스텝 S206에서 현 측정값이 구 측정값보다 작은 경우("예"일 때), 스텝 S207에 있어서, 탐색 회로(303)는, 현재의 조합 No.와 리플 진폭의 현 측정값의 대응 관계를, 기존의 대응 관계에 덮어쓰기하는 형태로 기억 회로(304)에 저장한다.
한편, 스텝 S206에서 현 측정값이 구 측정값 이상인 경우("아니오"일 때), 스텝 S208에 있어서, 탐색 회로(303)는, 기억 회로(304)에 다음 조합 No.가 있는지 여부를 판정한다. 스텝 S208에서 다음 조합 No.가 있는 경우("예"일 때), 탐색 회로(303)는, 스텝 S204로 되돌아가서, 다음 조합 No.가 없어질 때까지 스텝 S204부터 S207의 처리를 반복한다.
한편, 스텝 S208에서 다음 조합 No.가 없는 경우("아니오"일 때), 탐색 회로(303)는 탐색 동작을 종료한다. 그 결과, 기억 회로(304)는, 탐색 결과로서, 리플 진폭을 최소로 하는 조합 No.(즉, 각 스위치(SW)의 온ㆍ오프 상태)만을 기억하게 된다. 스텝 S209에 있어서, 탐색 회로(303)는, 그 후에 통상 동작을 행할 때, 당해 기억 회로(304) 내의 탐색 결과(조합 No.)에 대응하는 온ㆍ오프 상태를 스위치 제어 회로(105)에 지시한다. 이에 따라, 스위치 제어 회로(105)는 스위치군(103)을 제어한다.
또한, 여기서는, 리플 진폭이 최소가 되는 스위치(SW)의 조합을 전체적으로 탐색하는 방법을 사용하였지만, 예를 들어 2분법 등의 반복법에 의해 조합을 탐색해도 된다. 또한, 여기서는, 도 1의 구성예에 대한 적용예를 나타내었지만, 물론, 도 4 또는 도 5의 구성예에 대해서도 마찬가지로 적용 가능하다.
<<실시 형태 3의 주요한 효과>>
이상, 실시 형태 3의 전원 공급 모듈을 사용함으로써, 실시 형태 1, 2에서 설명한 각종 효과에 더하여, 추가로 리플 진폭이 최소가 되도록 자동적으로 부유 용량을 조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 부유 용량의 조정은, 예를 들어 전원 공급 모듈의 조립 후에 한번만 실행되면 되는 경우가 있다. 이러한 경우, 예를 들어 도 6의 리플 측정기(300) 및 탐색 회로(303)는, 외부의 테스트 장치 등에 실장되어도 된다.
단, 부유 용량의 용량값은, 예를 들어 도 3의 절연용 수지 부재(108)의 경시 변화 등에 수반하여 변화하는 경우가 있다. 이 경우, 실사용 단계에서의 부유 용량의 재조정을 용이하게 가능하게 하기 위해, 리플 측정기(300) 및 탐색 회로(303)는, 전원 공급 모듈의 일부로서 실장되는 것이 바람직하다. 또한, 이때에는, 탐색 회로(303)에 대하여 외부로부터 인에이블 신호 등을 발행할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
(실시 형태 4)
<<전원 공급 모듈의 구성>>
도 9는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전원 공급 모듈의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 9에 도시하는 전원 공급 모듈(10d)은, 도 1의 구성예와 비교하여, 부유 용량 조정 회로(100b)의 구성이 다르다. 도 9의 부유 용량 조정 회로(100b)는, 복수의 가변 용량 소자(CV)로 이루어지는 가변 용량군(111)과, 가변 용량 제어 회로(112)를 구비한다. 복수의 가변 용량 소자(CV)는, 좌측 전극(102a) 및 우측 전극(102b) 내의 복수의 분할 전극(PL)과, 기준 전원 전압(104) 사이에 각각 접속된다. 가변 용량 제어 회로(112)는, 복수의 가변 용량 소자(CV)의 용량값을 각각 제어한다.
이러한 구성에 의해, 부유 용량 조정 회로(100b)는, 좌측 전극(102a)과 기준 전원 전압(104) 사이의 전기적인 접속 특성과, 우측 전극(102b)과 기준 전원 전압(104) 사이의 전기적인 접속 특성을 각각 전기적으로 제어한다. 이에 의해, 부유 용량 조정 회로(100b)는, 도 1의 경우와 마찬가지로, 2계통의 승압 회로(CPa, CPb)의 부유 용량의 용량값을 조정한다.
또한, 여기서는, 좌측 전극(102a) 및 우측 전극(102b)의 각각은 복수의 분할 전극(PL)으로 구성되었지만, 예를 들어 단수의 분할 전극(PL)으로 구성되어도 된다. 이 경우라도, 당해 단수의 분할 전극(PL)에 접속되는 가변 용량 소자(CV)의 용량값을 제어함으로써, 부유 용량의 용량값을 조정할 수 있다.
<<실시 형태 4의 주요한 효과>>
이상, 실시 형태 4의 전원 공급 모듈을 사용함으로써, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(실시 형태 5)
<<하전 입자 빔 장치의 구성>>
도 10은, 본 발명의 실시 형태 5에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다. 도 10에 도시하는 하전 입자 빔 장치(40)는, 하전 입자 빔의 하나인 전자 빔(415)의 방출ㆍ가속 등을 제어하는 전자총(412)을 갖고, 전자총(412)으로부터의 전자 빔(415)을 측정 대상인 타깃(시료)(414) 등에 조사하는 것으로 되어 있다. 전자총(412)은, 전자원(401)과, 인출 전극(402)과, 인출 전극 전원(403)과, 가속 전원(404)과, 서프레서 전극 전원(405)과, 서프레서 전극(406)과, 가속 전극(407)을 구비한다.
전자원(401)은, 전자를 방출한다. 인출 전극 전원(403)은, 인출 전극(402)에 인가하는 전압(예를 들어, 전자원 전압에 대하여 정의 전압)을 생성하고, 인출 전극(402)에 인가한다. 이에 따라, 인출 전극(402)은, 전자원(401)으로부터 타깃 방향으로 전자를 인출한다. 가속 전원(404)은, 인출 전극(402)에 의해 인출된 전자를 가속시키기 위한 전압을 생성하고, 가속 전극(407)에 인가한다. 이에 따라, 가속 전극(407)은, 인출 전극(402)에서 인출된 전자를 끌어당겨 가속시킨다. 서프레서 전극(406)은, 열전자가 전자 빔(415)에 혼입되는 것을 억제한다. 서프레서 전극 전원(405)은, 당해 서프레서 전극(406)에 인가하는 전압을 생성한다.
이러한 구성에 있어서, 인출 전극 전원(403) 또는 가속 전원(404) 중 적어도 한쪽(바람직하게는 양쪽)에, 실시 형태 1 내지 4 중 어느 것의 전원 공급 모듈이 적용된다. 또한 추가로, 서프레서 전극 전원(405)에, 실시 형태 1 내지 4 중 어느 것의 전원 공급 모듈이 적용되어도 된다. 예를 들어, 이들 각 전원으로부터의 출력 전압에 리플 노이즈가 생기면, 전자 빔(415)에 요동이 생겨, 하전 입자 빔 장치(40)의 성능(예를 들어, 전자 빔(415)의 조사 위치의 정밀도나 조사 에너지의 변동 정밀도 등)이 저하될 우려가 있다. 그래서, 실시 형태 1 내지 4 중 어느 것의 전원 공급 모듈을 적용하는 것이 유익하게 된다.
<<실시 형태 5의 주요한 효과>>
이상, 실시 형태 5의 하전 입자 빔 장치를 사용함으로써, 실시 형태 1 내지 4에서 설명한 각종 효과에 추가하여, 하전 입자 빔의 요동을 억제할 수 있어, 하전 입자 빔 장치의 성능을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다. 예를 들어, 전술한 실시 형태는, 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 첨가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가ㆍ삭제ㆍ치환을 하는 것이 가능하다.
10a 내지 10d: 전원 공급 모듈
40: 하전 입자 빔 장치
100a, 100b: 부유 용량 조정 회로
101: 고전압 생성 회로
102a: 좌측 전극
102b: 우측 전극
104: 기준 전원 전압
105: 스위치 제어 회로
106: 하우징
107: 기준 전원 전압
108: 절연용 수지 부재
300: 리플 측정기
303: 탐색 회로
401: 전자원
402: 인출 전극
403: 인출 전극 전원
404: 가속 전원
1001: 용량 소자
1002: 다이오드
CPa, CPb: 승압 회로
PL: 분할 전극
PLG: 전극 그룹
SW: 스위치

Claims (10)

  1. 서로 대칭 구성인 2계통의 승압 회로를 포함하고, 상기 2계통의 승압 회로 내의 용량 소자 및 다이오드를 사용하여 승압 동작을 행하는 대칭형의 고전압 생성 회로와,
    상기 고전압 생성 회로를 수용하고, 기준 전원 전압이 인가되는 하우징과,
    상기 하우징 내에서, 상기 2계통의 승압 회로의 한쪽의 근방에 고정적으로 설치되는 제1 전극과,
    상기 하우징 내에서, 상기 2계통의 승압 회로의 다른 쪽의 근방에 고정적으로 설치되는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 기준 전원 전압 사이의 전기적인 접속 특성과, 상기 제2 전극과 상기 기준 전원 전압 사이의 전기적인 접속 특성을 각각 전기적으로 제어함으로써, 상기 2계통의 승압 회로의 부유 용량의 용량값을 조정하는 부유 용량 조정 회로
    를 갖는, 전원 공급 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징 내에서, 상기 고전압 생성 회로, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 덮는 절연용 수지 부재를 더 갖는, 전원 공급 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 각각은, 복수의 분할 전극으로 구성되고,
    상기 부유 용량 조정 회로는,
    상기 복수의 분할 전극과 상기 기준 전원 전압 사이에 각각 접속되는 복수의 스위치와,
    상기 복수의 스위치의 온ㆍ오프를 각각 제어하는 스위치 제어 회로
    를 갖는, 전원 공급 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 분할 전극의 적어도 일부는 서로 사이즈가 다른, 전원 공급 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 각각은, 복수의 전극 그룹을 구비하고,
    상기 복수의 전극 그룹의 각각에 포함되는 상기 복수의 분할 전극은, 서로 2n(n=0, 1, 2, …)배 단위로 사이즈가 다른, 전원 공급 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 고전압 생성 회로의 출력 전압에 포함되는 리플 진폭을 측정하는 리플 측정기와,
    상기 스위치 제어 회로를 통하여 상기 복수의 스위치의 온ㆍ오프 상태를 변경하면서, 상기 리플 진폭이 최소가 되는 상기 온ㆍ오프 상태를 탐색하는 탐색 회로
    를 더 갖는, 전원 공급 모듈.
  7. 전자원과,
    상기 전자원으로부터 전자를 인출하는 인출 전극과,
    상기 인출 전극에 인가하는 전압을 생성하는 인출 전극 전원과,
    상기 전자를 가속시키기 위한 가속 전원
    을 갖는 하전 입자 빔 장치로서,
    상기 인출 전극 전원 또는 상기 가속 전원 중 적어도 한쪽은,
    서로 대칭 구성인 2계통의 승압 회로를 포함하고, 상기 2계통의 승압 회로 내의 용량 소자 및 다이오드를 사용하여 승압 동작을 행하는 대칭형의 고전압 생성 회로와,
    상기 고전압 생성 회로를 수용하고, 기준 전원 전압이 인가되는 하우징과,
    상기 하우징 내에서, 상기 2계통의 승압 회로의 한쪽의 근방에 고정적으로 설치되는 제1 전극과,
    상기 하우징 내에서, 상기 2계통의 승압 회로의 다른 쪽의 근방에 고정적으로 설치되는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 기준 전원 전압 사이의 전기적인 접속 특성과, 상기 제2 전극과 상기 기준 전원 전압 사이의 전기적인 접속 특성을 각각 전기적으로 제어함으로써, 상기 2계통의 승압 회로의 부유 용량의 용량값을 조정하는 부유 용량 조정 회로
    를 갖는, 하전 입자 빔 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하우징 내에서, 상기 고전압 생성 회로, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 덮는 절연용 수지 부재를 더 갖는, 하전 입자 빔 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 각각은, 복수의 분할 전극으로 구성되고,
    상기 부유 용량 조정 회로는,
    상기 복수의 분할 전극과 상기 기준 전원 전압 사이에 각각 접속되는 복수의 스위치와,
    상기 복수의 스위치의 온ㆍ오프를 각각 제어하는 스위치 제어 회로
    를 갖는, 하전 입자 빔 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고전압 생성 회로의 출력 전압에 포함되는 리플 진폭을 측정하는 리플 측정기와,
    상기 스위치 제어 회로를 통하여 상기 복수의 스위치의 온ㆍ오프 상태를 변경하면서, 상기 리플 진폭이 최소가 되는 상기 온ㆍ오프 상태를 탐색하는 탐색 회로
    를 더 갖는, 하전 입자 빔 장치.
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