JP6556497B2 - Electromagnet control device and electromagnet control method - Google Patents
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Description
本発明は、例えばプラズマ処理装置等のプラズマ密度の分布を制御するために用いられる電磁石制御装置及び電磁石制御方法に関する。 The present invention relates to an electromagnet control device and an electromagnet control method used to control the distribution of plasma density in, for example, a plasma processing apparatus.
従来、プラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置において、チャンバ内に発生するプラズマ密度の分布を、磁石が発生させる磁界によって制御することが知られている。具体的には、例えばプラズマエッチング装置において、エッチングガスが導入されたチャンバ内部に互いに直交する方向の電場及び磁場を加えることにより、ローレンツ力が発生する。このローレンツ力により電子がドリフト運動を行いつつ、磁力線に捕捉される。これにより、電子とエッチングガスの分子や原子との衝突頻度が増加し、高密度のプラズマが発生する。これは、いわゆるマグネトロン放電ともいわれる。 Conventionally, in a plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus, it is known to control the distribution of plasma density generated in a chamber by a magnetic field generated by a magnet. Specifically, in a plasma etching apparatus, for example, a Lorentz force is generated by applying an electric field and a magnetic field in directions orthogonal to each other inside a chamber into which an etching gas is introduced. This Lorentz force causes the electrons to be trapped by the magnetic field lines while performing a drift motion. As a result, the collision frequency between the electrons and the molecules and atoms of the etching gas increases, and high-density plasma is generated. This is also called a so-called magnetron discharge.
チャンバ内のプラズマ密度の分布を制御するために、チャンバの外部に配置された磁石が発生させる磁場を操作することが行われている。磁場を操作する方法として、例えば、永久磁石を機械的に動かしたり、電磁石に印加する電流を制御したりすることが知られている。永久磁石を機械的に動かす方法では、永久磁石が発生させる磁場強度が固定されるので、プラズマ密度分布の微調整をすることが困難であった。このため、従来は電磁石に印加する電流を制御することが採用されている。 In order to control the plasma density distribution in the chamber, a magnetic field generated by a magnet disposed outside the chamber is manipulated. As a method for operating a magnetic field, for example, it is known to mechanically move a permanent magnet or to control a current applied to an electromagnet. In the method of moving the permanent magnet mechanically, since the magnetic field intensity generated by the permanent magnet is fixed, it is difficult to finely adjust the plasma density distribution. For this reason, conventionally, it is employed to control the current applied to the electromagnet.
電磁石に印加する電流を制御する方法として、電磁石のコイルに流れる電流を検出し、検出した電流値と目標の電流値とを比較し、電磁石のコイルに流れる電流値が目標の電流値になるように電流値を制御することが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a method of controlling the current applied to the electromagnet, the current flowing through the electromagnet coil is detected, the detected current value is compared with the target current value, and the current value flowing through the electromagnet coil becomes the target current value. It is known to control the current value (see, for example, Patent Document 1).
上記のように電磁石に印加する電流を制御する場合、PI制御(Proportional Integral制御)が行われていた。PI制御では、一般的に、指令値に対して偏差が必ず生じることが知られている。電磁石に流れる電流を指令値に迅速に近づけるためには、PI制御の比例ゲイン又は積分定数として比較的大きな値を設定する必要があった。しかしながら、比例ゲイン又は積分定数として比較的大きな値を設定すると、PI制御の安定余裕が少なくなり、電流のオーバーシュートの原因となる恐れがあった。また、制御系や電磁石に機差や特性変化が生じた場合、制御が不安定になる恐れがあった。 When controlling the current applied to the electromagnet as described above, PI control (Proportional Integral control) has been performed. In PI control, it is generally known that a deviation always occurs with respect to a command value. In order to quickly bring the current flowing through the electromagnet close to the command value, it is necessary to set a relatively large value as the proportional gain or integral constant of the PI control. However, if a relatively large value is set as the proportional gain or integral constant, the stability margin of PI control is reduced, which may cause current overshoot. In addition, when machine differences or characteristic changes occur in the control system or electromagnet, the control may become unstable.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁石に流れる電流を指令値に比較的迅速に近づけることができる電磁石制御装置及び電磁石制御方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electromagnet control device and an electromagnet control method capable of causing the current flowing through the electromagnet to approach a command value relatively quickly.
本発明の第1形態に係る電磁石制御装置は、電磁石の励磁コイルに供給する電流を制御する電磁石制御装置であって、前記励磁コイルに電流を流すためのドライバと、前記励磁コイルに流れる電流値を示す信号を取得する電流値取得部と、前記励磁コイルに流れる電流を制御する電流制御部と、を有し、前記電流制御部は、前記励磁コイルの抵抗値に基づ
いて、予め設定された目標電流値の電流を前記励磁コイルに流すための出力電圧指令値を算出する出力電圧指令値算出部と、前記目標電流値と前記電流取得部により取得された信号が示す電流値との電流偏差を算出する電流偏差算出部と、前記出力電圧指令値に前記電流偏差を加算する加算部と、を有し、前記電流制御部は、前記電流偏差が加算された出力電圧指令値を前記ドライバに送信するように構成される。
An electromagnet control device according to a first embodiment of the present invention is an electromagnet control device that controls a current supplied to an excitation coil of an electromagnet, a driver for flowing a current through the excitation coil, and a current value flowing through the excitation coil A current value acquisition unit that acquires a signal indicating the current and a current control unit that controls a current flowing through the excitation coil, and the current control unit is preset based on a resistance value of the excitation coil An output voltage command value calculation unit that calculates an output voltage command value for causing a current of a target current value to flow through the exciting coil, and a current deviation between the target current value and a current value indicated by a signal acquired by the current acquisition unit A current deviation calculation unit for calculating the output voltage command value, and an addition unit for adding the current deviation to the output voltage command value, and the current control unit supplies the output voltage command value with the current deviation added to the driver. Sending Configured to.
本発明の第2形態に係る電磁石制御装置は、第1形態の電磁石制御装置において、前記電流制御部は、所定条件における前記励磁コイルの抵抗値を格納するメモリ部を有し、前記出力電圧指令値算出部は、前記メモリ部に格納された抵抗値に基づいて、前記出力電圧指令値を算出する。 The electromagnet control device according to a second aspect of the present invention is the electromagnet control device according to the first aspect, wherein the current control unit includes a memory unit that stores a resistance value of the exciting coil under a predetermined condition, and the output voltage command The value calculation unit calculates the output voltage command value based on the resistance value stored in the memory unit.
本発明の第3形態に係る電磁石制御装置は、第1形態の電磁石制御装置において、前記励磁コイルの温度を示す信号を取得する温度取得部を有し、前記出力電圧指令値算出部は、前記温度取得部が取得した信号が示す前記励磁コイルの温度に基づいて前記励磁コイルの抵抗値を算出するコイル抵抗値算出部を有し、前記出力電圧指令値算出部は、前記コイル抵抗値算出部が算出した前記励磁コイルの抵抗値に基づいて、前記出力電圧指令値を算出する。 The electromagnet control device according to a third aspect of the present invention is the electromagnet control device according to the first aspect, further comprising a temperature acquisition unit that acquires a signal indicating the temperature of the excitation coil, and the output voltage command value calculation unit includes: A coil resistance value calculating unit configured to calculate a resistance value of the exciting coil based on a temperature of the exciting coil indicated by a signal acquired by the temperature acquiring unit, and the output voltage command value calculating unit includes the coil resistance value calculating unit; The output voltage command value is calculated based on the calculated resistance value of the exciting coil.
本発明の第4形態に係る電磁石制御装置は、第3形態の電磁石制御装置において、前記励磁コイルの温度を検出する温度検出器を有し、前記温度検出器は、前記検出した温度を示す信号を前記温度取得部に送信するように構成される。 An electromagnet control device according to a fourth aspect of the present invention is the electromagnet control device according to the third aspect, further comprising a temperature detector for detecting the temperature of the exciting coil, and the temperature detector is a signal indicating the detected temperature. Is transmitted to the temperature acquisition unit.
本発明の第5形態に係る電磁石制御装置は、第1形態ないし第4形態のいずれかの電磁石制御装置において、前記励磁コイルに流れる電流値を検出する電流検出器を有し、前記電流検出器は、前記検出した電流値を示す信号を前記電流値取得部に送信するように構成される。 An electromagnet control device according to a fifth embodiment of the present invention is the electromagnet control device according to any one of the first to fourth embodiments, further including a current detector that detects a current value flowing through the excitation coil, and the current detector Is configured to transmit a signal indicating the detected current value to the current value acquisition unit.
本発明の第6形態に係る電磁石は、第1形態ないし第5形態のいずれかに記載された電磁石制御装置により制御される電磁石である。 The electromagnet according to the sixth embodiment of the present invention is an electromagnet controlled by the electromagnet controller described in any one of the first to fifth embodiments.
本発明の第7形態に係る電磁石の制御方法は、電磁石の励磁コイルに供給する電流を制御する電磁石の制御方法であって、前記励磁コイルの抵抗値に基づいて、目標電流値の電流を前記励磁コイルに流すための出力電圧指令値を算出する工程と、前記算出された出力電圧指令値に基づいて前記励磁コイルに電流を流す工程と、前記励磁コイルに流れる電流値を示す信号を取得する工程と、前記目標電流値と前記取得された信号が示す電流値との電流偏差を算出する工程と、前記算出された出力電圧指令値に前記電流偏差を加算する工程と、前記電流偏差が加算された出力電圧指令値に基づいて前記励磁コイルに電流を流す工程と、を有する。 An electromagnet control method according to a seventh aspect of the present invention is an electromagnet control method for controlling a current supplied to an excitation coil of an electromagnet, and the current of a target current value is calculated based on a resistance value of the excitation coil. A step of calculating an output voltage command value for flowing through the excitation coil, a step of flowing a current through the excitation coil based on the calculated output voltage command value, and a signal indicating a value of the current flowing through the excitation coil are acquired. A step of calculating a current deviation between the target current value and the current value indicated by the acquired signal; adding the current deviation to the calculated output voltage command value; and adding the current deviation Passing a current through the exciting coil based on the output voltage command value.
本発明の第8形態に係る電磁石制御装置は、第7形態の電磁石制御装置において、前記出力電圧指令値を算出する工程は、所定条件における前記励磁コイルの抵抗値に基づいて、前記出力電圧指令値を算出する。 An electromagnet control device according to an eighth aspect of the present invention is the electromagnet control device according to the seventh aspect, wherein the step of calculating the output voltage command value is based on a resistance value of the exciting coil under a predetermined condition. Calculate the value.
本発明の第9形態に係る電磁石制御装置は、第7形態の電磁石制御装置において、前記励磁コイルの温度を示す信号を取得する工程と、前記取得された信号が示す前記励磁コイルの温度に基づいて、前記励磁コイルの抵抗値を算出する工程と、を有し、前記出力電圧指令値を算出する工程は、前記算出された前記励磁コイルの抵抗値に基づいて、前記出力電圧指令値を算出する。 An electromagnet control device according to a ninth embodiment of the present invention is based on the step of obtaining a signal indicating the temperature of the excitation coil and the temperature of the excitation coil indicated by the acquired signal in the electromagnet control device of the seventh embodiment. Calculating the resistance value of the excitation coil, and calculating the output voltage command value calculates the output voltage command value based on the calculated resistance value of the excitation coil. To do.
本発明の一形態によれば、電磁石に流れる電流を指令値に近づけることができる電磁石制御装置及び電磁石制御方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide an electromagnet control device and an electromagnet control method capable of bringing the current flowing through an electromagnet close to a command value.
また、本発明の一形態によれば、励磁コイルの抵抗値に基づいて、予め設定された目標電流値の電流を励磁コイルに流すための出力電圧指令値を算出し、この出力電圧指令値をドライバに送信することができるので、目標電流値への到達時間を短くすることができるとともに制御精度を従来より高くすることができる(目標電流値と実際の電流値との偏差を小さくすることができる)。ひいては、高精度なA/D変換機やD/A変換機が不要になるので、装置のコストを低減することができる。 Further, according to one aspect of the present invention, an output voltage command value for flowing a current having a preset target current value to the excitation coil is calculated based on the resistance value of the excitation coil, and the output voltage command value is calculated. Since it can be transmitted to the driver, the arrival time to the target current value can be shortened and the control accuracy can be made higher than before (the deviation between the target current value and the actual current value can be reduced). it can). As a result, since a highly accurate A / D converter and D / A converter become unnecessary, the cost of an apparatus can be reduced.
また、本発明の一形態によれば、励磁コイルの温度を示す信号を取得するように構成されるので、制御対象である励磁コイルの抵抗値が温度により大きく変動しても、コイル抵抗値を正確に推定することができ、励磁コイルに印加する電流を精度よく制御することができる。 In addition, according to one aspect of the present invention, since the signal indicating the temperature of the exciting coil is configured to be acquired, even if the resistance value of the exciting coil that is the control target varies greatly depending on the temperature, the coil resistance value is reduced. It is possible to accurately estimate, and the current applied to the exciting coil can be accurately controlled.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る電磁石制御装置であるコントローラが用いられるプラズマ処理装置の概略側断面図である。図1に示すように、プラズマ処理装置10は、チャンバ13と、基板Wを載置するため基板ステージ14と、チャンバ13の上面に配置された電磁石装置11と、電磁石装置11を制御するためのコントローラ20(電磁石制御装置)とを備えている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional side view of a plasma processing apparatus in which a controller that is an electromagnet control apparatus according to a first embodiment of the present invention is used. As shown in FIG. 1, the
基板ステージ14はチャンバ13内に配置され、その上面に基板Wが載置される。チャンバ13内は図示しない真空ポンプにより排気される。チャンバ13内には、図示しないガス導入手段が設けられ、ガス導入手段により例えばエッチングガス等がチャンバ13内に導入される。
The
電磁石装置11は、隔壁(チャンバ13の天板)を介してチャンバ13内に磁場を形成するように構成される。電磁石装置11が形成する磁場は、基板Wの面に対して平行な水平磁場となる。
The
コントローラ20は、電磁石装置11と電気的に接続される。コントローラ20は、電磁石装置11に任意のコイル電流を印加することができるように構成される。また、コントローラ11は、電磁石装置11が備える図示しない温度センサからの温度情報(温度信号)を受信可能に構成される。コントローラ20の配置場所は任意であり、例えば装置フレームを設け、この装置フレームに取り付けておくことができる。
The
プラズマ処理装置10は、例えば、基板ステージ14とチャンバ13の天板との間に電
位差を与えることで、基板12の面に対して垂直方向に電場を形成することができる。この垂直方向の電場に対して直交する方向に、電磁石装置11によって水平磁場が形成される。これにより、高密度プラズマが発生し、基板が処理される。
For example, the
次に、図1に示した本発明の実施形態に係るコントローラ20について詳細に説明する。
図2は、図1に示したコントローラ20と電磁石装置11の励磁コイルとを示すブロック図である。図示のように、本発明の第1実施形態に係るコントローラ20は、PC(Personal Computer)などのユーザ/上位装置インターフェース部31から予め定められた目標電流値である電流指令値S1を受信可能に構成される。また、コントローラ20は、図1に示した電磁石装置11の励磁コイル40と接続され、所定の電圧を励磁コイル40に印加するように構成される。
Next, the
FIG. 2 is a block diagram showing the
また、励磁コイル40の配線には、励磁コイル40に流れる電流を検出する電流検出器42が設けられる。この電流検出器42は、検出した励磁コイル40に流れる電流の値をコントローラ20に送信するように構成される。
The wiring of the
コントローラ20は、ユーザ/上位装置インターフェース部31から電流指令値信号S1を受信するCPU(Central Processing Unit)電流制御部30と、CPU電流制御部30からの出力電圧指令値S2を受信するD/A変換部32と、D/A変換部32からの出力電圧指令値S3を受信する増幅器33(ドライバ)と、を有する。なお、第1実施形態及び以下で説明する第2実施形態においては、CPU電流制御部30を有するものとして説明するが、これに代えて、DSP(Digital Signal Processor)を備えるDSP電流制御部を設けてもよい。
The
また、コントローラ20は、電流検出器42からの励磁コイル40の電流値を示す電流信号S8を取得する増幅器37(電流値取得部)と、増幅器37からの電流信号S9を取得するA/D変換部36と、を有する。
The
励磁コイル40に流す電流を制御するために、まず、ユーザ/上位装置インターフェース部31からデジタル量の電流指令値信号S1がCPU電流制御部30に送信される。CPU電流制御部30は、受信した電流指令値信号に基づいて出力電圧を算出し、デジタル量の出力電圧指令値S2をD/A変換部32へ送信する。D/A変換部32は、デジタル量の出力電圧指令値S2をアナログ量の出力電圧指令値S3に変換し、アナログ量の出力電圧指令値S3を増幅器33に送信する。増幅器33は、出力電圧指令値S3を増幅してアナログ量の出力電圧を励磁コイル40に印加し、励磁コイル40に電流を流す。
In order to control the current flowing through the
電流検出器42は、励磁コイル40に流れる電流を検出し、電流信号S8を増幅器37に送信する。増幅器37は電流信号S8を増幅して、アナログ量の電流信号S9をA/D変換部36に送信する。A/D変換部36は、アナログ量の電流信号S9をデジタル量に変換した電流値信号S10をCPU制御部30に送信する。
The
CPU電流制御部30は、受信した電流値信号S10に基づいて、出力電圧指令値信号S2を再度算出し、A/D変換部32及び増幅器33を介して励磁コイル40に流す電流を制御する。
The CPU
CPU電流制御部30は、A/D変換部36から受信した電流値信号S10と、ユーザ/上位装置インターフェース部31からの電流指令値信号S1とを比較するように構成される。CPU電流制御部30は、電流値信号S10の電流値と電流指令値信号S1の電流値との偏差を算出し、この偏差とCPU電流制御部30のメモリに記憶された所定値とを
比較する。CPU電流制御部30は、偏差が所定値以上であると判定した場合は、励磁コイル40に異常が発生したと判断し、図示しない外部の表示手段等に警告を発するように構成される。つまり、所定値をある程度大きい値に設定することで、偏差が大きいか否かが判定される。偏差が大きいということは、実際に励磁コイル40に流れる電流値が指令値と大きく離れていることを意味する。この場合、例えば励磁コイル40にレアショート(Layer Short)が発生した状況等が想定される。
The CPU
図3は、図2に示したCPU電流制御部30の制御ブロック図である。
CPU電流制御部30は、図2に示した電流指令値信号S1に基づいて出力電圧指令値を算出する出力電圧指令値算出部21と、図2に示した電流値信号S10と電流指令値信号S1との電流偏差信号S12を算出し、これにPI制御を行う電流偏差算出部22と、電流偏差算出部22から出力された出力信号S14と出力電圧指令値算出部21から出力される出力電圧指令値信号S15とを加算する加算部29と、を備える。
FIG. 3 is a control block diagram of the CPU
The CPU
電流指令値算出部21は、所定の使用条件における励磁コイル40(図2参照)の抵抗値(直列抵抗値)が保存されたメモリ部23と、この抵抗値と電流指令値信号S1とに基づいて出力電圧指令値を算出する算出部24とを備える。
The current command
電流偏差算出部22は、電流指令値信号S1と電流値信号S10とから電流偏差を算出して電流偏差信号S12を出力する減算部25と、電流偏差信号S12に積分動作を行う例えばローパスフィルタ等を有する積分動作部26と、積分動作が行われた電流偏差信号S13に比例動作を行う比例動作部27とを備える。
The current
CPU電流制御部30は、図2に示したユーザ/上位装置インターフェース部31から受信した電流指令値S1を出力電圧指令値算出部21に送信する。出力電圧指令値算出部21では、所定の使用条件における励磁コイル40(図2参照)の抵抗値(Rt)(デジタル値)がメモリ部23から読み出され、算出部24へ送られる。算出部24では、抵抗値(Rt)と電流指令値信号S1の電流指令値(I0)より、出力電圧指令値(Vo)を算出する。即ち、オームの法則に従って、計算式Vo=I0×Rtにより、出力電圧指令値(Vo)が算出される。算出された出力電圧指令値(Vo)は、出力電圧指令値信号S15として加算部29へ送られる。これにより、励磁コイル40(図2参照)の抵抗値を考慮したうえで、電流指令値(I0)に直接対応する出力電圧指令値(Vo)を算出して出力することができるので、偏差のみに基づいて出力電圧指令値を算出する場合に比べて、励磁コイル40に流れる電流が目標電流値(電流指令値)に達するまでの時間(応答時間)を短くすることができる。
The CPU
一方で、電流偏差算出部22が電流値信号S10を受け取ると、減算部25は電流指令値信号S1が示す電流値から電流値信号S10が示す電流値を減算して電流偏差を算出する。減算部25は、算出した電流偏差を電流偏差信号S12として積分動作部26に出力する。積分動作部26は、電流偏差信号S12を受け取り、電流偏差信号S12に積分動作を行う。比例動作部27は、積分動作が行われた電流偏差信号S14を積分動作部26から受け取り、電流偏差信号S14に比例動作を行う。比例動作が行われた電流偏差信号S14は、加算部29へ送られる。加算部29は、出力電圧指令値信号S15に電流偏差信号S14を加算し、電流偏差が考慮された出力電圧指令値信号S2をD/A変換部32(図2参照)へ送信する。これにより、励磁コイル40に流れる電流値と目標電流値との偏差を考慮した出力電圧値を算出し、励磁コイル40に流れる電流値を制御することができる。
On the other hand, when the current
以上で説明したように、第1実施形態に係るコントローラ20では、出力電圧指令値算出部21が所定の使用条件における励磁コイル40(図2参照)の抵抗値(Rt)に基づ
いて出力電圧指令値を算出する。これにより、コントローラ20は、電流偏差算出部22の比例ゲインや積分定数を大きくすることなく、励磁コイル40に流れる電流を電流指令値に迅速に近づけることができる。言い換えれば、偏差のみに基づいて出力電圧指令値を算出する場合に比べて、励磁コイル40に流れる電流が目標電流値(電流指令値)に達するまでの時間(応答時間)を短くすることができる。したがって、第1実施形態に係るコントローラ20によれば、安定性に優れ、且つ高精度な電流制御を実現することができる。また、励磁コイル40の抵抗値を考慮した出力電圧指令値を算出し、これに基づいて励磁コイル40が制御されるので、目標電流値への到達時間を短くすることができるとともに制御精度を従来に比べて高くすることができる(目標電流値と実際の電流値との偏差を小さくすることができる)。ひいては、高精度なA/D変換器やD/A変換器が不要になるので、装置のコストを低減することができる。
As described above, in the
また、第1実施形態に係るコントローラ20では、抵抗値(Rt)に加えて、励磁コイル40に流れる電流値と電流指令値(目標電流値)との偏差も考慮して出力電圧指令値を算出する。したがって、仮に予め保存された所定の使用条件における励磁コイル40の抵抗値(Rt)が、実際の励磁コイル40の抵抗値(Rt)と大きく異なっていたとしても、励磁コイル40の電流値と電流指令値との偏差に基づいて、励磁コイル40に流れる電流値を電流指令値に精度よく近づけることができる。
Further, in the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の電磁石制御装置について説明する。図4は、コントローラと電磁石装置の励磁コイルとを示すブロック図である。なお、第2実施形態に係る電磁石制御装置が用いられるプラズマ処理装置は図1に示したプラズマ処理装置と同様であるので、説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, the electromagnet control apparatus of 2nd Embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a block diagram showing the controller and the exciting coil of the electromagnet device. The plasma processing apparatus in which the electromagnet control apparatus according to the second embodiment is used is the same as the plasma processing apparatus shown in FIG.
第2実施形態は、第1実施形態と比べて、励磁コイルの温度を検出する機構を有する点が異なる。その他の構成は第1実施形態と同様であるので、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。 The second embodiment is different from the first embodiment in that it has a mechanism for detecting the temperature of the exciting coil. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図4に示すように、励磁コイル40には、温度センサ等の温度検出器41が設けられる。この温度検出器41は、検出した励磁コイル40の温度をコントローラ20に送信するように構成される。
As shown in FIG. 4, the
コントローラ20は、温度検出器41からの励磁コイル40の温度を示す温度信号S5を取得する増幅器35(温度取得部)と、増幅器35からの温度信号S6を受信するA/D変換部34と、を有する。
The
温度検出器41は、励磁コイル40の温度を検出し、温度信号S5を増幅器35に送信する。増幅器35は温度信号S5を増幅して、アナログ量の温度信号S6をA/D変換部34に送信する。A/D変換部34は、アナログ量の温度信号S6をデジタル量に変換した温度値信号S7をCPU制御部30に送信する。
The temperature detector 41 detects the temperature of the
図5は、第2実施形態に係るCPU電流制御部30の制御ブロック図である。
第2実施形態に係るコントローラ20のCPU電流制御部30は、第1実施形態に係るコントローラ20のCPU電流制御部30に比べて、出力電圧指令値を算出する出力電圧指令値算出部21がコイル抵抗値算出部28を有する点が異なる。以下で詳細に説明する。
FIG. 5 is a control block diagram of the CPU
Compared with the CPU
図5に示すように、CPU電流制御部30の出力電圧指令値算出部21は、第1実施形態のメモリ23に代えて、励磁コイル40の抵抗値を算出するコイル抵抗値算出部28を
有する。コイル抵抗値算出部28は、図4に示したA/D変換部34からの温度値信号S7を受信する。コイル抵抗値算出部28は、温度値信号S7が示すコイルの温度(T)に基づいて励磁コイル40の抵抗値(Rt)を算出する。抵抗値(Rt)は以下のように算出される。即ち、20℃における励磁コイル40の抵抗値をR20とし、励磁コイル40の抵抗値の温度係数をαとすると、Rt=R20×(1+αT)により抵抗値(Rt)が算出される。なお、20℃における励磁コイル40の抵抗値をR20は予めコイル抵抗値算出部28が有するメモリに格納されている。
As shown in FIG. 5, the output voltage command
コイル抵抗値算出部28により算出された抵抗値(Rt)は、算出部24へ送られる。算出部24では、コイル抵抗値算出部28により算出された抵抗値(Rt)と電流指令値信号S1の電流指令値(I0)に基づいて出力電圧指令値(Vo)を算出する。算出された出力電圧指令値(Vo)は、出力電圧指令値信号S15として加算部29へ送られる。
The resistance value (R t ) calculated by the coil resistance
コイル抵抗値算出部28は、所定時間毎に、励磁コイル40の温度値信号S7を受信して抵抗値(Rt)を算出する。この所定時間毎に算出される抵抗値(Rt)に基づいて、算出部24が出力電圧指令値を算出し、出力電圧指令値信号S15を加算部29へ送信する。したがって、コントローラ20は、励磁コイル40の温度変化に応じた適切な出力電圧指令値信号S15に基づいて、励磁コイル40の電流を制御することができる。
The coil resistance
以上で説明したように、第2実施形態に係るコントローラ20では、励磁コイル40の温度をモニタリングし、励磁コイル40の実際の温度に基づいて、励磁コイル40の実際の抵抗値(Rt)を算出する。これにより、コントローラ20は、電流偏差算出部22の比例ゲインや積分定数を大きくすることなく、励磁コイル40に流れる電流を電流指令値に迅速に近づけることができる。言い換えれば、偏差のみに基づいて出力電圧指令値を算出する場合に比べて、励磁コイル40に流れる電流が目標電流値(電流指令値)に達するまでの時間(応答時間)を短くすることができる。また、励磁コイル40の抵抗値を考慮した出力電圧指令値を算出し、これに基づいて励磁コイル40が制御されるので、目標電流値への到達時間を短くすることができるとともに制御精度を従来に比べて高くすることができる(目標電流値と実際の電流値との偏差を小さくすることができる)。ひいては、高精度なA/D変換器やD/A変換器が不要になるので、装置のコストを低減することができる。
As described above, in the
また、コントローラ20は、算出した実際の抵抗値(Rt)に基づいて、出力電圧指令値を算出する。このため、第2実施形態に係るコントローラ20は、励磁コイル40の温度が外乱により変化したとしてもコイル抵抗値を正確に推定することができるので、実際の励磁コイル40の温度に適した、より精度の高い出力電圧指令値を出力することができる。したがって、第2実施形態に係るコントローラ20によれば、安定性に優れ、且つより高精度の電流制御を実現することができる。
Further, the
また、第2実施形態に係るコントローラ20は、第1実施形態に係るコントローラ20と同様に、直列抵抗値(Rt)に加えて、励磁コイル40の電流値と電流指令値との偏差も考慮して出力電圧指令値を算出する。したがって、励磁コイル40の電流値と電流指令値との偏差に基づいて、励磁コイル40に流れる電流値を電流指令値に精度よく近づけることができる。
In addition to the series resistance value (R t ), the
なお、上記第1実施形態及び第2実施形態では、温度検出器41及び電流検出器42がコントローラ20とは別のものとして設けられているが、温度検出器41及び電流検出器42は、コントローラ20の一部として構成されていてもよい。
In the first embodiment and the second embodiment, the temperature detector 41 and the
また、図3及び図5に示したCPU電流制御部30の構成要素は、メモリ部23を除い
て、例えばCPU電流制御部30内に記憶されたソフトウェアにより実現することができる。
Further, the components of the CPU
また、本発明に係る磁石制御装置は、例えばプラズマエッチング装置、スパッタリング装置やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置等のプラズマの生成に磁力を用いる装置に適用することができる。 The magnet control device according to the present invention can be applied to a device that uses a magnetic force to generate plasma, such as a plasma etching device, a sputtering device, and a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) device.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment of the invention mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes the equivalents thereof. In addition, any combination or omission of each component described in the claims and the specification is possible within a range where at least a part of the above-described problems can be solved or a range where at least a part of the effect can be achieved. is there.
11…電磁石装置
20…コントローラ
21…出力電圧指令値算出部
22…電流偏差算出部
23…メモリ部
28…コイル抵抗値算出部
29…加算部
30…CPU電流制御部
33…増幅器
35…増幅器
37…増幅器
40…励磁コイル
41…温度検出器
42…電流検出器
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記励磁コイルに電流を流すためのドライバと、
前記励磁コイルに流れる電流値を示す信号を取得する電流値取得部と、
前記励磁コイルに流れる電流を制御する電流制御部と、を有し、
前記電流制御部は、
前記励磁コイルの抵抗値と、前記励磁コイルに流すための予め設定された目標電流値とにより、前記目標電流値の電流を前記励磁コイルに流すための出力電圧指令値を算出する出力電圧指令値算出部と、
前記目標電流値と前記電流取得部により取得された信号が示す電流値との電流偏差を算出する電流偏差算出部と、
前記出力電圧指令値に前記電流偏差を加算する加算部と、を有し、
前記電流制御部は、前記電流偏差が加算された出力電圧指令値を前記ドライバに送信するように構成される、電磁石制御装置。 An electromagnet control device for controlling a current supplied to an exciting coil of an electromagnet,
A driver for passing a current through the exciting coil;
A current value acquisition unit for acquiring a signal indicating a current value flowing through the exciting coil;
A current control unit for controlling a current flowing through the exciting coil,
The current controller is
An output voltage command value for calculating an output voltage command value for causing the current of the target current value to flow through the excitation coil based on a resistance value of the excitation coil and a preset target current value for flowing through the excitation coil A calculation unit;
A current deviation calculation unit that calculates a current deviation between the target current value and the current value indicated by the signal acquired by the current acquisition unit;
An adder that adds the current deviation to the output voltage command value;
The current control unit is an electromagnet control device configured to transmit an output voltage command value to which the current deviation is added to the driver.
前記出力電圧指令値算出部は、前記メモリ部に格納された抵抗値に基づいて、前記出力電圧指令値を算出する、請求項1に記載された電磁石制御装置。 The current control unit includes a memory unit that stores a resistance value of the exciting coil under a predetermined condition.
The electromagnet control device according to claim 1, wherein the output voltage command value calculation unit calculates the output voltage command value based on a resistance value stored in the memory unit.
前記出力電圧指令値算出部は、前記温度取得部が取得した信号が示す前記励磁コイルの温度に基づいて前記励磁コイルの抵抗値を算出するコイル抵抗値算出部を有し、
前記出力電圧指令値算出部は、前記コイル抵抗値算出部が算出した前記励磁コイルの抵抗値に基づいて、前記出力電圧指令値を算出する、請求項1に記載された電磁石制御装置。 A temperature acquisition unit for acquiring a signal indicating the temperature of the excitation coil;
The output voltage command value calculation unit includes a coil resistance value calculation unit that calculates a resistance value of the excitation coil based on a temperature of the excitation coil indicated by a signal acquired by the temperature acquisition unit,
The electromagnet control device according to claim 1, wherein the output voltage command value calculation unit calculates the output voltage command value based on the resistance value of the exciting coil calculated by the coil resistance value calculation unit.
前記温度検出器は、前記検出した温度を示す信号を前記温度取得部に送信するように構成される、請求項3に記載された電磁石制御装置。 A temperature detector for detecting the temperature of the exciting coil;
The electromagnet control device according to claim 3, wherein the temperature detector is configured to transmit a signal indicating the detected temperature to the temperature acquisition unit.
前記電流検出器は、前記検出した電流値を示す信号を前記電流値取得部に送信するように構成される、請求項1ないし4のいずれか一項に記載された電磁石制御装置。 A current detector for detecting a current value flowing through the exciting coil;
5. The electromagnet control device according to claim 1, wherein the current detector is configured to transmit a signal indicating the detected current value to the current value acquisition unit.
前記電磁石制御装置により制御される電磁石と、
を備えるプラズマ処理装置。 An electromagnet controller according to any one of claims 1 to 5;
An electromagnet controlled by the electromagnet controller;
A plasma processing apparatus comprising:
前記励磁コイルの抵抗値と、前記励磁コイルに流すための予め設定された目標電流値とにより、前記目標電流値の電流を前記励磁コイルに流すための出力電圧指令値を算出する工程と、
前記算出された出力電圧指令値に基づいて前記励磁コイルに電流を流す工程と、
前記励磁コイルに流れる電流値を示す信号を取得する工程と、
前記目標電流値と前記取得された信号が示す電流値との電流偏差を算出する工程と、
前記算出された出力電圧指令値に前記電流偏差を加算する工程と、
前記電流偏差が加算された出力電圧指令値に基づいて前記励磁コイルに電流を流す工程と、を有する、電磁石の制御方法。 An electromagnet control method for controlling a current supplied to an excitation coil of an electromagnet,
Calculating an output voltage command value for causing the current of the target current value to flow through the excitation coil based on a resistance value of the excitation coil and a preset target current value for flowing through the excitation coil;
Passing a current through the exciting coil based on the calculated output voltage command value;
Obtaining a signal indicating a current value flowing through the exciting coil;
Calculating a current deviation between the target current value and the current value indicated by the acquired signal;
Adding the current deviation to the calculated output voltage command value;
Passing a current through the exciting coil based on an output voltage command value to which the current deviation is added.
前記取得された信号が示す前記励磁コイルの温度に基づいて、前記励磁コイルの抵抗値を算出する工程と、を有し、
前記出力電圧指令値を算出する工程は、前記算出された前記励磁コイルの抵抗値に基づいて、前記出力電圧指令値を算出する、請求項7に記載された電磁石の制御方法。 Obtaining a signal indicating the temperature of the exciting coil;
Calculating a resistance value of the exciting coil based on the temperature of the exciting coil indicated by the acquired signal,
8. The electromagnet control method according to claim 7, wherein the step of calculating the output voltage command value calculates the output voltage command value based on the calculated resistance value of the exciting coil.
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