CN112435826A - 电磁铁控制装置和电磁铁系统 - Google Patents

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CN112435826A CN202010861348.5A CN202010861348A CN112435826A CN 112435826 A CN112435826 A CN 112435826A CN 202010861348 A CN202010861348 A CN 202010861348A CN 112435826 A CN112435826 A CN 112435826A
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Abstract

本发明提供电磁铁控制装置和电磁铁系统。使磁通密度的目标值与实际得到的磁通密度精度良好地一致。电磁铁控制装置具备驱动器和基于磁通密度指令值而决定向线圈流动的电流的值的电流值决定部，该电流值决定部执行：第二处理，从第一磁化状态使磁通密度减少时，基于第二函数决定电流值；以及第四处理，从第三磁化状态使磁通密度减少时，通过以第一扩缩率对第二函数扩大或缩小而将第二函数变换成第四函数，基于变换后的第四函数决定电流值。电流值决定部还构成为，以使第二函数符合预先通过从第三磁化状态使磁通密度减少而得到的实际测量数据的方式决定第一扩缩率。该驱动器根据所决定的电流的值对线圈施加阶梯波形或者斜坡波形的电流。

Description

电磁铁控制装置和电磁铁系统
技术领域
本发明涉及用于对向具有轭铁和线圈的电磁铁的线圈流动的电流进行控制的技术。
背景技术
以往，在等离子体处理装置(例如，等离子体蚀刻装置等)中，利用了磁控管放电的蚀刻方法被实用化。是如下的方法：在导入了蚀刻气体的腔室内，施加相互正交的方向的电场和磁场，利用此时产生的电子的漂移运动而高效率地对晶片表面进行蚀刻。
在该蚀刻装置中，为了控制腔室内的等离子体密度的分布，而控制配置于腔室的外部的磁铁所产生的磁场。作为控制磁场的方法，例如，公知有使永久磁铁机械性地移动的方法、对施加给电磁铁的电流进行控制的方法。在使永久磁铁机械性地移动的方法中，由于永久磁铁所产生的磁场强度被固定，因此很难对等离子体密度分布进行微调。因此，以往采用对施加给电磁铁的电流进行控制的方法。
另一方面，关于电磁铁，公知有在施加给电磁铁的控制电流与所产生的磁通密度之间存在磁滞后(以下，也仅称为磁滞)。即，由于相对于施加给电磁铁的电流而得到的磁通密度受到剩余磁场的影响，因此相对于相同的施加电流，不一定每次都再现相同的磁通密度值。
减少这样的剩余磁的影响的方法之一，存在考虑磁滞特性而校正电流值的方法(例如，下述的专利文献1)。
专利文献1：日本特开2017-084563号公报
期望使磁通密度的目标值与实际得到的磁通密度精度良好地一致。
发明内容
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式而实现。
根据本发明的第一方式，提供一种电磁铁控制装置，用于对向具有轭铁和线圈的电磁铁的所述线圈流动的电流进行控制，该电磁铁控制装置具备：指令值获取部，该指令值获取部构成为，获取与通过使电流向所述线圈流动而得到的磁通密度的目标值相当的磁通密度指令值、或者能够确定所述磁通密度指令值的信息；电流值决定部，该电流值决定部基于所述磁通密度指令值而决定向所述线圈流动的电流的值；存储部，该存储部存储基于所述电磁铁的磁滞的实际测量数据的第一函数、第二函数和第三函数；以及驱动器，该驱动器根据决定的所述电流的值而对所述线圈施加阶梯波形或者斜坡波形的电流，所述电流值决定部构成为执行如下的处理：第一处理，在从所述轭铁的消磁状态使磁通密度增加的情况下，基于所述第一函数而决定向所述线圈流动的电流的值；第二处理，在从所述轭铁的第一磁化状态使磁通密度减少的情况下，基于所述第二函数而决定向所述线圈流动的电流的值；第三处理，在从所述轭铁的第二磁化状态使磁通密度增加的情况下，基于所述第三函数而决定向所述线圈流动的电流的值；第四处理，在从所述轭铁的第三磁化状态使磁通密度减少的情况下，通过以第一扩缩率对所述第二函数进行扩大或者缩小而将所述第二函数变换成第四函数，并基于变换后的所述第四函数而决定向所述线圈流动的电流的值；以及第五处理，在从所述轭铁的第四磁化状态使磁通密度增加的情况下，通过以第二扩缩率对所述第三函数进行扩大或者缩小而将所述第三函数变换成第五函数，并基于变换后的所述第五函数而决定向所述线圈流动的电流的值，所述电流值决定部构成为，在所述第四处理中，以使所述第二函数符合通过预先从所述第三磁化状态使磁通密度减少而得到的实际测量数据的方式，决定所述第一扩缩率，在所述第五处理中，以使所述第三函数符合通过预先从所述第四磁化状态使磁通密度增加而得到的实际测量数据的方式，决定所述第二扩缩率。
根据该电磁铁控制装置，通过根据电流施加的历史而分开使用三个函数，而控制向线圈流动的电流，由此不论电流施加的历史如何，都能够减少因磁滞引起的剩余磁的影响，从而使磁通密度指令值与通过使电流向线圈流动而实际得到的磁通密度值比以往更精度良好地一致。其结果为，在具备该电磁铁控制装置的等离子体处理装置中，能够实现相同的等离子体处理装置中的工序使用条件的再现性的提高、或者降低相同规格的等离子体处理装置彼此间的个体差。并且，不论轭铁所具有的磁滞的大小如何，都能够使磁通密度指令值与实际得到的磁通密度值精度良好地一致。因此，也可以使轭铁不使用磁滞较小的材料。其结果为，可以将能够容易得到的廉价的材料用于轭铁。即，能够减少电磁铁控制装置的成本、以及从电磁铁控制装置的订购到交付为止所需要的时间。
另外，根据该电磁铁控制装置，通过使用基于实际测量数据的扩缩率而对第二函数和第三函数进行扩大或者缩小，从而得到第四函数和第五函数，因此能够使基于根据第四函数和第五函数而决定的控制电流值的实际的磁通密度与磁通密度指令值精度良好地一致。
根据本发明的第二方式，在第一方式中，所述阶梯波形的电流的阶梯宽度被设定为，将该阶梯宽度换算成磁通密度的阶梯宽度与获取所述电磁铁的磁滞的实际测量数据时的磁通密度的间隔相等或者接近。
根据该方式，能够使磁通密度指令值与从电磁铁产生的实际的磁通密度更精度良好地一致。
根据本发明的第三方式，在第一方式中，第一函数、第二函数以及第三函数为表示磁通密度与电流的关系的函数。根据该方式，不需要向其他的参数变换，能够根据期望的磁通密度而直接地决定向线圈流动的电流。因此，能够减少电磁铁控制装置的运算负荷。
根据本发明的第四方式，提供一种电磁铁系统，具备：第一方式的电磁铁控制装置；以及所述电磁铁。根据该电磁铁系统，实现与第一方式相同的效果。
本发明并不限于上述的方式，能够以电磁铁的控制方法、电磁铁控制用程序、以能够通过计算机读取的方式记录了该程序的存储介质等各种方式来实现。
附图说明
图1是表示作为本发明的一实施例的等离子体蚀刻系统的概略结构的框图。
图2是表示电磁铁的概略结构的局部剖视图。
图3是表示基于函数来决定电流值的概念的说明图。
图4是表示电流值决定处理的流程的流程图。
图5是表示在从消磁状态使磁通密度增加的情况下决定电流值的概念的示意图。
图6是表示在从图5的状态使磁通密度进一步增加的情况下决定电流值的概念的示意图。
图7是表示在从磁化状态使磁通密度减少的情况下决定电流值的概念的示意图。
图8是表示在从磁化状态使磁通密度增加的情况下决定电流值的概念的示意图。
图9是概念性地表示将第二函数线F2扩大或者缩小时的扩缩率的决定方法的示意图。
图10是概念性地表示将第三函数线F3扩大或者缩小时的扩缩率的决定方法的示意图。
图11是概念性地表示在不存在实际测量数据的磁化状态下对磁通密度指令值的增减进行切换的情况下的扩缩率的决定方法的示意图。
图12是例示出驱动器输出的阶梯波形的电流的图。
图13A是对电磁铁的磁滞进行实际测量后的数据的一例。
图13B是对电磁铁的磁滞进行实际测量后的数据的一例。
图13C是对电磁铁的磁滞进行实际测量后的数据的一例。
图14是在使驱动器的输出电流为阶梯波形的情况下的、从电磁铁产生的磁通密度的偏移量ΔB的偏差的评价结果的一例。
图15例示出驱动器输出的斜坡波形的电流的图。
图16是在使驱动器的输出电流为斜坡波形的情况下的、从电磁铁产生的磁通密度的偏移量ΔB的偏差的评价结果的一例。
符号说明
20 等离子体处理系统
21 等离子体蚀刻装置
22 指令部
30 电磁铁系统
40 电磁铁
41 线圈
42 轭铁
50 电磁铁控制装置
60 指令值获取部
70 电流值决定部
80 驱动器
85 消磁部
90 存储部
91 第一函数
92 第二函数
93 第三函数
具体实施方式
A.第一实施例：
图1是表示作为本发明的一实施例的等离子体处理系统20的概略结构的框图。等离子体处理系统20在本实施例中是用于进行等离子体蚀刻的系统，例如是为了在半导体制造工序中对基板(例如，晶片)进行蚀刻而使用的。如图1所示，等离子体处理系统20具备等离子体蚀刻装置21、指令部22和电磁铁系统30。等离子体蚀刻装置21具备腔室(省略图示)。在腔室内产生等离子体，通过由此生成的离子、自由基而对处理对象物进行蚀刻。指令部22在本实施例中是个人计算机，被连接成能够与电磁铁系统30(更具体而言，后述的电磁铁控制装置50)进行通信。指令部22可以为对电磁铁系统30赋予指令的任意的装置，例如也可以是定序器等。
电磁铁系统30具备电磁铁40和电磁铁控制装置50。为了通过电磁铁40所产生的磁场对等离子体蚀刻装置21中的等离子体密度分布进行控制，电磁铁40在上述的腔室的外部与腔室邻接地设置。电磁铁控制装置50接收来自指令部22的指令，控制向电磁铁40流动的电流以得到期望的磁通密度。电磁铁控制装置50构成为能够根据等离子体蚀刻装置21中的处理状况来控制等离子体密度分布，而以在达到预先决定的最大(或者最小)的电流值(换言之，磁通密度值)之前，使电流(换言之，磁通密度)增大(或者减少)的方式进行控制。
图2是表示电磁铁40的概略结构的剖视图。电磁铁40具备线圈41和轭铁42。为了使说明简单化，在本实施例中，电磁铁40具备一个线圈41。但是，电磁铁40也可以具备任意数量的线圈41。线圈41在俯视观察时配置成圆形状，但在图2中相对于圆的中心仅表示单侧。在电磁铁40中，以在与线圈41分开了规定的距离的测定点M1(腔室内的点)处得到期望的磁通密度的方式控制向线圈41流动的电流。
然而，由磁性材料形成的轭铁42具有磁滞后。因此，若基于期望的磁通密度(在本实施例中，从指令部22输入的磁通密度指令值)而简单地运算向线圈41流动的电流，则在期望的磁通密度与在测定点M1处测定的磁通密度之间，与施加给线圈41的电流的历史对应地产生差异。电磁铁控制装置50具有将这样的磁滞的影响(即，期望的磁通密度与在测定点M1处测定的磁通密度的不一致)减少的功能。
如图1所示，电磁铁控制装置50具备指令值获取部60、电流值决定部70、驱动器80、消磁部85和存储部90。指令值获取部60从指令部22接收磁通密度指令值。另外，指令值获取部60将接收到的磁通密度指令值换算成假定为不存在磁滞的情况(即，假定为向线圈41流动的电流与在测定点M1处测定的磁通密度成正比例的情况)下的向线圈41流动的电流的电流值。也将这样换算的电流值称为电流指令值I。指令值获取部60向电流值决定部70输出计算出的电流指令值I。
电流值决定部70考虑电磁铁40的磁滞而校正电流指令值I，并决定实际向线圈41流动的电流值(也称为控制电流值I’)。该处理是基于第一函数91、第二函数92以及第三函数93而进行的。这些函数预先存储于存储部90。其中，这些函数也可以是从外部(例如，指令部22)通过通信而获取的。另外，有时像后述那样，第二函数92和第三函数93与状况对应地变换，但电流值决定部70也可以通过通信而从外部获取变换后的函数。这些函数的详细情况后述说明。
而且，电流值决定部70向驱动器80输出所决定的控制电流值I’。驱动器80控制对线圈41的电流供给。即，驱动器80使所输入的控制电流值I’的电流向电磁铁40的线圈41流动。消磁部85对轭铁42进行消磁。具体而言，在本实施例中，消磁部85若从指令部22接收消磁指令，则从存储部90获取消磁的参数(例如，交流消磁的振幅、频率等)。而且，消磁部85向驱动器80输出与所获取的参数对应的指令。驱动器80基于所输入的指令而将电流变换成期望的波形并输出。
图3是基于第一函数91、第二函数92以及第三函数93而决定控制电流值I’的概念的说明图。理想直线F0表示向线圈41流动的电流与由此得到的磁通密度的理想的关系(即，不存在磁滞的情况下的关系)。在理想直线F0中，电流与磁通密度处于通过原点的比例关系。与此相对，第一函数线F1、第二函数线F2以及第三函数线F3概念性地表示考虑磁滞的影响而校正后的电流与磁通密度的关系。希望留意到在图3中图示的第一函数线F1、第二函数线F2以及第三函数线F3并没有分别将第一函数91、第二函数92以及第三函数93保持原样地图化，通过这些函数而概念性地表示电流指令值I相对于理想直线F0被怎样校正。第一函数线F1位于理想直线F0的上方。第二函数线F2位于理想直线F0的下方，第三函数线F3位于第二函数线F2的上方。在图3所示的例中，第三函数线F3的整体位于理想直线F0的下方，但也有时由于轭铁42的材质，第三函数线F3的一部分位于理想直线F0的上方。
函数线F1～F3是预先对电磁铁40的磁滞特性进行实际测量且基于该结果而近似地确定的。第一函数91、第二函数92以及第三函数93是以所确定的函数线F1～F3上的电流值作为控制电流值I’而得到的方式近似地确定的。在本实施例中，第一函数91、第二函数92以及第三函数93各自被定义为区间线性函数。即，第一函数91、第二函数92以及第三函数93各自在被图化的情况下，具有多个线形在拐点处连接的形状。其中，第一函数91、第二函数92以及第三函数93也可以定义为没有定义区间的简单的线性函数、或者也可以定义为任意的函数。
第一函数91是在从轭铁42的消磁状态使磁通密度增加的情况下使用的。与第一函数91对应的图3的第一函数线F1在原点与磁通密度的最大值Bmax之间被定义。即，所图示的第一函数线F1近似地表示使电流以恒定的幅度从电流值零增加到相当于最大值Bmax的电流值(电流值Imax)的情况下的、向线圈41流动的电流值与在测定点M1处得到的磁通密度的关系。
第二函数92是在从轭铁42的磁化状态使磁通密度减少的情况下使用的。与第二函数92对应的图3的第二函数线F2在最大值Bmax与x轴上的点(电流值零)之间被定义。即，所图示的第二函数线F2近似地表示使电流以恒定的幅度从相当于最大值Bmax的电流值减少到电流值零的情况下的、向线圈41流动的电流值与在测定点M1处得到的磁通密度的关系。
第三函数93是在从轭铁42的磁化状态使磁通密度增加的情况下使用的。与第三函数93对应的图3的第三函数线F3被定义在x轴上的点(电流值零)与最大值Bmax之间。即，所图示的第三函数线F3近似地表示在使电流从与最大值Bmax对应的电流值减少到电流值零之后、再次使电流以恒定的幅度增加到与最大值Bmax对应的电流值的情况下的、向线圈41流动的电流值与在测定点M1处得到的磁通密度的关系。
希望留意到在图3中，仅表示第一象限，但在第二至第四象限中的各个象限中也能够得到图3所示的线形和原点对象的曲线图，另外，以与之对应的方式定义第一函数91、第二函数92以及第三函数93。
图4是表示电磁铁控制装置50所执行的电流值决定处理的一例的流程的流程图。电流值决定处理是基于从指令部22输入的指令值而决定向线圈41流动的电流的电流值的处理。电流值决定处理是在从指令部22向电磁铁控制装置50输入指令值时反复执行的。在图4中，为了使说明简化，示出电流值和磁通密度值各自控制在零以上的范围(即，图3所示的第一象限的范围内)的情况。当开始电流值决定处理时，首先，指令值获取部60接收从指令部22输入的磁通密度指令值，而计算电流指令值In(步骤S110)。电流指令值I的后缀“n”表示与第n次输入的磁通密度指令值对应。该电流指令值In是基于图3所示的理想直线F0而计算的。
当计算电流指令值In时，则指令值获取部60将计算出的电流指令值In存储于存储部90(步骤S120)，并向电流值决定部70输出该电流指令值In。在本实施例中，存储于存储部90的电流指令值In在下次执行的电流值决定处理结束时被消除。
电流值决定部70判断所输入的电流指令值In是否表示从消磁状态的磁通密度的增加的指令(步骤S130)。这里的“从消磁状态的磁通密度的增加的指令”包含从初始状态(即，无剩余磁)起的最初磁通密度的增加的指令、以及从初始状态一次都没有使磁通密度减少而阶段性地使磁通密度增加的情况下的、中途阶段的磁通密度的增加的指令。在本实施例中，该判断是基于是否通过上次执行的电流值决定处理的步骤S120而存储电流指令值In-1以及后述的函数标志而进行的。在最初执行电流值决定处理的情况下，当然没有存储电流指令值In-1。另外，在本实施例中，当在第n次的电流值决定处理之后通过消磁部85来执行消磁的情况下，存储于存储部90的电流指令值In被消除。因此，电流值决定部70能够基于电流指令值In-1是否存储于存储部90而判断所输入的电流指令值In是否表示从初始状态的最初的磁通密度的增加。所输入的电流指令值In是否表示中途阶段的磁通密度的增加能够通过后述的函数标志来判断。该判断后述说明。
在判断的结果为，电流指令值In表示从消磁状态的磁通密度的增加的指令的情况下(步骤S130：是)，电流值决定部70选择第一函数91，将函数标志设定为值1(步骤S140)。函数标志被写入在存储部90中被确保的标志区域。该函数标志的使用方法后述说明。接着，电流值决定部70使用第一函数91而决定电流校正量Ic(步骤S150)。在本实施例中，第一函数91是表示磁通密度指令值B(或者电流指令值I)与电流校正量Ic的对应关系的函数。这点对于第二函数92和第三函数93来说也相同。这里的电流校正量Ic的决定方法后述说明。接着，电流值决定部70使电流校正量Ic与在上述步骤S110中计算出的电流指令值In相加，而计算控制电流值In’(步骤S210)。而且，电流值决定部70将控制电流值In’存储于存储部90(步骤S220)，并且向驱动器80输出控制电流值In’(步骤S230)，结束电流值决定处理。
另一方面，在电流指令值In不表示从消磁状态的磁通密度的增加的指令的情况下(步骤S130：否)，即在轭铁42处于磁化状态的情况下，电流值决定部70判断电流指令值In是否比电流指令值In-1小(步骤S160)。电流指令值In-1在上次执行的电流值决定处理的上述步骤S120中，存储于存储部90。在判断的结果为，电流指令值In比电流指令值In-1小的情况下(步骤S160：是)，即在输入使磁通密度减少的指令的情况下，电流值决定部70选择第二函数92，将函数标志设定为值2(步骤S170)。接着，电流值决定部70基于第二函数92而决定电流校正量Ic(步骤S180)。这里的电流校正量Ic的决定方法后述说明。而且，电流值决定部70使处理进入上述步骤S210。
在判断的结果为，电流指令值In比电流指令值In-1大的情况下(步骤S160：否)，即在输入使磁通密度增加的指令的情况下，电流值决定部70选择第三函数93，将函数标志设定为值3(步骤S190)。接着，电流值决定部70基于第三函数93而决定电流校正量Ic(步骤S200)。这里的电流校正量Ic的决定方法后述说明。而且，电流值决定部70使处理进入上述步骤S210。
图5～图8概念性地表示上述步骤S150、S180、S200中的电流校正量Ic的决定方法的具体例。图5表示在从消磁状态使磁通密度增加的情况下决定电流值的概念，与上述步骤S150对应。如图5所示，若输入比最大值Bmax小的磁通密度指令值B1，则电磁铁控制装置50使用理想直线F0来计算电流指令值I1(步骤S110)。在图5中，点P1是相当于最大值Bmax的理想直线F0上的点。点P2是根据磁通密度指令值B1而确定的理想直线F0上的点，与电流指令值I1对应。而且，电磁铁控制装置50使用第一函数91来决定电流校正量IC1(步骤S150)，使电流校正量IC1加上电流指令值I1而计算控制电流值I’1。点P3是第一函数线F1上的点，与磁通密度指令值B1和控制电流值I’1对应。即，在从消磁状态使磁通密度增加到磁通密度指令值B1的情况下，电流值从零增加到与第一函数线F1上的点P3对应的控制电流值I’1。在第一函数91中，以得到这样的结果的方式定义电流指令值I与电流校正量Ic的对应关系。
图6表示在从图5的状态使磁通密度进一步增加的情况下决定电流值的概念。若输入磁通密度指令值B2(B2＞B1)，则电磁铁控制装置50使用理想直线F0来计算电流指令值I2(与点P4对应)(步骤S110)。而且，电磁铁控制装置50使用第一函数91来决定电流校正量IC2(步骤S150)，使电流校正量IC2加上电流指令值I2而计算控制电流值I’2(与点P5对应)。即，只要所输入的磁通密度指令值从消磁状态持续增加，就继续地使用第一函数91而将控制电流值I’决定为与第一函数线F1上的点对应的值。能够参照函数标志而判断所输入的磁通密度指令值是否从消磁状态持续增加。具体而言，当在函数标志被设定为值1的状态下，输入了比上次大的磁通密度指令值的情况下，能够判断为所输入的磁通密度指令值从消磁状态持续增加。
图7表示在从磁化状态使磁通密度减少的情况下决定电流值的概念。当从图6所示的状态输入磁通密度指令值B3(B3＜B2)时，即当磁通密度指令值从增加切换到减少时，则电磁铁控制装置50使用理想直线F0来计算电流指令值I3(与点P6对应)(步骤S110)。而且，电磁铁控制装置50基于第二函数92来决定电流校正量IC3(步骤S150)，使电流校正量IC3加上电流指令值I3而计算控制电流值I’3(与点P7对应)。点P7是第二函数变换线F2’上的点。由于第二函数变换线F2’位于理想直线F0的下方，因此电流校正量IC3被计算为负值。
第二函数变换线F2’是对第二函数线F2进行了变换的线。具体而言，第二函数变换线F2’是以位于第二函数线F2与理想直线F0之间的方式进行了变换的线。例如，第二函数变换线F2’能够以如下方式得到。首先，第二函数线F2以点P1(第二函数线F2的与原点相反侧的端点)位于点P5(与磁通密度(换言之，电流)从增加转为减少时的磁通密度B2对应的第一函数线F1上的点)的方式进行平行移动。而且，如图7所示，被平行移动的第二函数线F2被扩大或者缩小。此时的扩缩率的决定方法后述说明。像这样进行了尺寸变换后的第二函数线F2是第二函数变换线F2’。
电流校正量IC3被决定为控制电流值I’3位于这样的第二函数变换线F2’上。换言之，第二函数92是在以得到这样的结果的方式进行了变换后使用的。
在图7所示的状态之后，只要所输入的磁通密度指令值持续减少，就使用相同的函数(上述的被变换的第二函数92)而将控制电流值I’决定为与第二函数变换线F2’上的点对应的值。能够参照函数标志而判断所输入的磁通密度指令值是否从磁化状态持续减少。具体而言，当在函数标志被设定为值2的状态下，输入了比上次小的磁通密度指令值的情况下，能够判断为所输入的磁通密度指令值从磁化状态持续减少。此外，当在磁通密度指令值达到点P1之后，磁通密度指令值从增加切换到减少的情况下，以控制电流值I’不会位于第二函数变换线F2’而位于第二函数线F2上的方式决定控制电流值I’。
图8表示在从磁化状态使磁通密度增加的情况下决定电流值的概念。当从图7所示的状态输入磁通密度指令值B4(B4＞B3)时，即当在磁化状态下磁通密度指令值再次从减少切换到增加时，则电磁铁控制装置50使用理想直线F0来计算电流指令值I4(与点P8对应)(步骤S110)。能够参照函数标志而判断在磁化状态下磁通密度指令值是否再次从减少切换到增加。具体而言，当在函数标志被设定为值2的状态下，输入了比上次大的磁通密度指令值的情况下，能够判断为在磁化状态下磁通密度指令值再次从减少切换到增加。
而且，电磁铁控制装置50基于第三函数93而决定电流校正量IC4(步骤S150)，使电流校正量IC4加上电流指令值I4而计算控制电流值I’4(与点P9对应)。点P9是第三函数变换线F3’上的点。由于第三函数变换线F3’位于理想直线F0的下方，因此电流校正量IC4被计算为负值。
第三函数变换线F3’是对第三函数线F3进行了变换的线。例如，第三函数变换线F3’能够以如下方式得到。首先，以第三函数线F3的原点侧的端点位于点P7(磁通密度(换言之，电流)从减少转为增加时的第二函数变换线F2’上的点)的方式将第三函数线F3平行移动。而且，如图8所示，被平行移动的第三函数线F3被扩大或者缩小。此时的扩缩率的决定方法后述说明。像这样进行了尺寸变换后的第三函数线F3是第三函数变换线F3’。
电流校正量IC4被决定为控制电流值I’4位于这样的第三函数变换线F3’上。换言之，第三函数93是在以得到这样的结果的方式进行了变换后使用的。
在图8所示的状态之后，只要在磁化状态下，所输入的磁通密度指令值持续增加，就使用相同的函数(上述的被变换后的第三函数93)而将控制电流值I’决定为与第三函数变换线F3’上的点对应的值。能够参照函数标志而判断在磁化状态下磁通密度指令值是否持续增加。具体而言，当在函数标志被设定为值3的状态下，输入了比上次大的磁通密度指令值的情况下，能够判断为在磁化状态下磁通密度指令值持续增加。另外，在磁通密度再次转为减少的情况下(能够根据函数标志来判断)，与图7所示的情况同样，以控制电流值I’位于对第二函数线F2进行了变换后的线上的方式决定控制电流值I’。此外，当在磁通密度指令值达到第二函数线F2的最小值(x轴上的点)之后，磁通密度指令值从减少切换到增加的情况下，以控制电流值I’没有位于第三函数变换线F3’而位于第三函数线F3上的方式决定控制电流值I’。虽然省略说明，但在第二至第四象限中的各个象限中，都与第一象限同样地决定控制电流值I’。
图9概念性地表示为了求出第二函数变换线F2’(以下，记述为第四函数线F4)，而在将第二函数线F2平行移动之后进行扩大或者缩小时的扩缩率的决定方法的具体例。希望留意到在图9中，横轴与图5～图8同样地表示磁通密度指令值，但纵轴与图5～图8不同，表示电流校正量Ic。
图9的第一函数线F1、第二函数线F2以及第三函数线F3与上述(图3等)的函数线F1～F3同样，分别基于预先存储于存储部90的第一函数91、第二函数92以及第三函数93。例如，第一函数91、第二函数92以及第三函数93被定义为N次多项式(例如N＝5)或者任意的其他的函数。并且，在图9中，第一函数线F1在磁通密度为零和最大值Bmax的范围内被定义，第二函数线F2和第三函数线F3在磁通密度为最大值Bmax和最小值Bmin(＝-Bmax)的范围内被定义。
当像上述那样，磁通密度指令值达到最大值Bmax(第一磁化状态)之后，磁通密度指令值从增加切换到减少的情况下，根据第二函数线F2而决定控制电流值I’。然而，当磁通密度指令值逐渐增加，在达到最大值Bmax之前，在处于比最大值Bmax小的规定的磁通密度(第三磁化状态)处磁通密度指令值从增加切换到减少的情况下，根据对第二函数线F2进行了变换后的第四函数线F4而决定控制电流值I’。
为了将第二函数线F2变换成第四函数线F4，预先获取表示在与第三磁化状态对应的第三函数线F3上的点(例如点Q2、Q3、Q4)处使磁通密度指令值从增加切换到减少的情况下的、磁通密度指令值(或者电流指令值I)与电流校正量Ic的对应关系的实际测量数据。在图9中，对这样的实际测量数据中的几个数据进行标绘。
首先，第二函数线F2以点Q1(第二函数线F2上的与第一磁化状态对应的端点)位于与像上述那样预先获取的实际测量数据对应的点Q2(或者Q3、Q4)的方式进行平行移动。而且，以平行移动后的第二函数线F2符合与点Q2(或者Q3、Q4)相关的实际测量数据的方式，决定用于第二函数线F2的扩缩率(第一扩缩率)。根据该扩缩率对平行移动后的第二函数线F2进行扩大或者缩小，由此得到第四函数线F4。关于预先获取实际测量数据的第三磁化状态(图9的第三函数线F3上的点Q2、Q3、Q4)，能够以相同的方法进行从第二函数线F2向第四函数线F4的变换。
这样，通过使用基于实际测量数据的扩缩率而对第二函数线F2进行扩大或者缩小从而得到第四函数线F4，因此能够使基于根据第四函数线F4而决定的控制电流值I’的实际的磁通密度与磁通密度指令值精度良好地一致。另外，关于扩缩率，可以独立地决定在图9的横轴方向上用于对第二函数线F2进行扩大或者缩小的扩缩率、以及在图9的纵轴方向上用于对第二函数线F2进行扩大或者缩小的扩缩率。由此，能够在图9的横轴方向和纵轴方向上独立地对第二函数线F2进行扩大或者缩小，而使第二函数线F2灵活地符合实际测量数据。
图10概念性地表示为了求出第三函数变换线F3’(以下，记述为第五函数线F5)，而在将第三函数线F3平行移动之后进行扩大或者缩小时的扩缩率的决定方法的具体例。希望留意到在图10中，与图9同样，横轴和纵轴分别表示磁通密度指令值和电流校正量Ic。
图10中的第一函数线F1、第二函数线F2以及第三函数线F3与图9的情况同样，分别基于预先存储于存储部90的第一函数91、第二函数92以及第三函数93。另外，在图10中，第一函数线F1在磁通密度为零和最大值Bmax的范围内被定义，第二函数线F2和第三函数线F3在磁通密度为最大值Bmax和最小值Bmin(＝-Bmax)的范围内被定义。
当像上述那样，在磁通密度指令值达到最小值Bmin(第二磁化状态)之后，磁通密度指令值从减少切换到增加的情况下，根据第三函数线F3而决定控制电流值I’。然而，当磁通密度指令值逐渐减少，在达到最小值Bmin之前，在比最小值Bmin大的规定的磁通密度(第四磁化状态)处将磁通密度指令值从减少切换到增加的情况下，根据对第三函数线F3进行了变换后的第五函数线F5而决定控制电流值I’。
为了将第三函数线F3变换成第五函数线F5，而预先获取表示在与第四磁化状态对应的第二函数线F2上的点(例如点Q6、Q7、Q8)处将磁通密度指令值从减少切换到增加的情况下的、磁通密度指令值(或者电流指令值I)与电流校正量Ic的对应关系的实际测量数据。在图10中，对这样的实际测量数据中的几个数据进行标绘。
首先，第三函数线F3以点Q5(第三函数线F3上的与第二磁化状态对应的端点)位于与像上述那样预先获取的实际测量数据对应的点Q6(或者Q7、Q8)的方式进行平行移动。而且，以平行移动后的第三函数线F3符合与点Q6(或者Q7、Q8)相关的实际测量数据的方式，决定用于第三函数线F3的扩缩率(第二扩缩率)。根据该扩缩率对平行移动后的第三函数线F3进行扩大或者缩小，由此得到第五函数线F5。关于预先获取实际测量数据的第四磁化状态(图10的第二函数线F2上的点Q6、Q7、Q8)，能够以相同的方法进行从第三函数线F3向第五函数线F5的变换。
这样，通过使用基于实际测量数据的扩缩率而对第三函数线F3进行扩大或者缩小从而得到第五函数线F5，因此能够使基于根据第五函数线F5而决定的控制电流值I’的实际的磁通密度与磁通密度指令值精度良好地一致。另外，关于扩缩率，可以独立地决定在图10的横轴方向上用于对第三函数线F3进行扩大或者缩小的扩缩率、以及在图10的纵轴方向上用于对第三函数线F3进行扩大或者缩小的扩缩率。由此，能够在图10的横轴方向和纵轴方向上独立地对第三函数线F3进行扩大或者缩小，而使第三函数线F3灵活地符合实际测量数据。
图11概念性地表示在不存在实际测量数据的磁化状态下对磁通密度指令值的增减进行切换的情况下的扩缩率的决定方法的具体例。在图11中，横轴表示磁通密度指令值，纵轴表示用于对函数线进行尺寸变换的扩缩率。
在图11中，对根据图9和图10所示的方法而决定的第一扩缩率和第二扩缩率进行标绘。具体而言，图11的点R2x、点R3x以及点R4x表示分别关于图9的点Q2、Q3、Q4而决定的、用于在图9的横轴方向上对第二函数线F2进行扩大或者缩小的第一扩缩率，图11的点R2y、点R3y以及点R4y表示分别关于图9的点Q2、Q3、Q4而决定的、用于在图9的纵轴方向上对第二函数线F2进行扩大或者缩小的第一扩缩率。另外，图11的点R6x、点R7x以及点R8x表示分别关于图10的点Q6、Q7、Q8而决定的、用于在图10的横轴方向上对第三函数线F3进行扩大或者缩小的第二扩缩率，图11的点R6y、点R7y以及点R8y表示分别关于图10的点Q6、Q7、Q8而决定的、用于在图10的纵轴方向上对第三函数线F3进行扩大或者缩小的第二扩缩率。此外，图11的点R1和点R5分别与图9的点Q1和图10的点Q5对应，表示扩缩率为1(即，保持原样地利用第二函数线F2和第三函数线F3)。
在图9中，第三函数线F3上的点Q9表示不存在如点Q2、点Q3、点Q4处那样的实际测量数据的第五磁化状态。因此，当在这样的点Q9处使磁通密度指令值从增加切换到减少的情况下，无法根据上述的图9所示的方法而决定第二函数线F2的扩缩率。为了求出与点Q9对应的扩缩率，而在图11中利用最接近点R1、点R2x、点R3x、点R4x的近似曲线G1、以及最接近点R1、点R2y、点R3y、点R4y的近似曲线G2。与近似曲线G1上的点R9x(磁通密度指令值与图9的点Q9一致的点)对应的扩缩率被采用为用于在图9的横轴方向上对第二函数线F2进行扩大或者缩小的扩缩率(第三扩缩率)，与近似曲线G2上的点R9y(磁通密度指令值与图9的点Q9一致的点)对应的扩缩率被采用为用于在图9的纵轴方向上对第二函数线F2进行扩大或者缩小的扩缩率(第三扩缩率)。通过以这样决定的第三扩缩率对第二函数线F2(在平行移动后)进行扩大或者缩小，而将第二函数线F2变换成第六函数线，根据变换后的第六函数线而决定控制电流值I’。
同样，在图10中，第二函数线F2上的点Q10表示不存在像点Q6、点Q7、点Q8处那样的实际测量数据的第六磁化状态。因此，当在这样的点Q10处使磁通密度指令值从减少切换到增加的情况下，无法根据上述的图10所示的方法而决定第三函数线F3的扩缩率。为了求出与点Q10对应的扩缩率，而在图11中利用最接近点R5、点R6x、点R7x、点R8x的近似曲线G3、以及最接近点R5、点R6y、点R7y、点R8y的近似曲线G4。与近似曲线G3上的点R10x(磁通密度指令值与图10的点Q10一致的点)对应的扩缩率被采用为用于在图10的横轴方向上对第三函数线F3进行扩大或者缩小的扩缩率(第四扩缩率)，与近似曲线G4上的点R10y(磁通密度指令值与图10的点Q10一致的点)对应的扩缩率被采用为用于在图10的纵轴方向上对第三函数线F3进行扩大或者缩小的扩缩率(第四扩缩率)。通过以这样决定的第四扩缩率对第三函数线F3(在平行移动后)进行扩大或者缩小，而将第三函数线F3变换成第七函数线，根据变换后的第七函数线而决定控制电流值I’。
这样，利用近似曲线对针对预先获取实际测量数据的磁化状态而决定的多个扩缩率进行内插，求出相对于不存在实际测量数据的磁化状态的扩缩率，因此不需要在所有的磁化状态下实施对磁通密度指令值的增减进行切换而获取实际测量数据的作业，当在任意的磁化状态下对磁通密度指令值进行切换的情况下都能够适当地对函数线进行扩大或者缩小。由此，在磁通密度的全部范围内，能够使磁通密度指令值与实际得到的磁通密度精度良好地一致。
像以上那样，考虑了电磁铁40的磁滞的控制电流值I’由电流值决定部70决定，并向驱动器80输出(图4的步骤S230)。驱动器80根据该控制电流值I’而对电磁铁40的线圈41施加规定的波形的电流。例如，来自驱动器80的输出电流波形能够为阶梯波形或者斜坡波形。
图12是例示出驱动器80输出的阶梯波形的电流的图。在图12中，横轴表示时间，纵轴表示电流。若从电流值决定部70向驱动器80指示控制电流值In’(即，针对第n个磁通密度指令值而决定的控制电流值)，则驱动器80像图所示那样，将该输出电流从当前的电流值In-1’(即，针对第n-1个磁通密度指令值按照上次的电流值决定处理而决定的控制电流值)每隔时间间隔tstep按照阶梯宽度Istep阶段性地变化，最终输出目标的电流值In’的电流。在图12中示出In’＞In-1’、即电流增加的阶梯波形，但在In’＜In-1’的情况下，当然成为电流减少的阶梯波形。另外，在图12的例中，电流从In-1’以15个阶段变化到In’，但该阶段数是根据电流的初期值In-1’与最终值In’之差和电流的阶梯宽度Istep来决定的。此外，时间间隔tstep优选设定为在各阶梯区间中变化后的电流稳定之后再开始下一阶梯区间这样的长度。
接着，对电流的阶梯宽度Istep的合适值进行说明。
图13A是对作为磁通密度指令值B与电流校正量Ic的对应关系而示出的电磁铁40的磁滞进行实际测量后的数据的一例。在图13A中，除了实际测量的数据的标绘之外，还示出对它们进行了多项式近似后的曲线即第一函数线F1、第二函数线F2和第三函数线F3。磁通密度指令值遍及从最小值Bmin＝-30G(高斯)到最大值Bmax＝+30G的范围。在图13A的例中，将磁通密度指令值的间隔设为3G，而测定数据。
为了决定电流的阶梯宽度Istep的合适值，而进行了如下的评价实验。首先，将基于图13A的实际测量数据的第一函数91、第二函数92和第三函数93存储于存储部90。而且，将从Bmin到Bmax的范围的随机的多个磁通密度指令值依次从指令部22输入到电磁铁控制装置50。针对所输入的各个磁通密度指令值，进行上述的图4的流程图的电流值决定处理，决定控制电流值I’。根据所决定的各控制电流值I’，从驱动器80输出阶梯波形的电流。由此，对从电磁铁40产生的实际的磁通密度与磁通密度指令值的偏移量ΔB进行测量。对于从驱动器80输出的阶梯波形的电流的阶梯宽度Istep，将换算成磁通密度的阶梯宽度设定为1G、3G、6G、9G，在各个阶梯宽度的情况下对偏移量ΔB的偏差进行比较。
在图14中表示比较效果。由此可知，在从驱动器80输出的阶梯波形的电流的阶梯宽度Istep为相当于换算成磁通密度的阶梯宽度3G的阶梯宽度的情况下，从电磁铁40产生的磁通密度的偏移量ΔB的偏差的指标即3σ(其中，σ为标准偏差)最小。因此，通过驱动器80对电磁铁40的线圈41施加具有这样的阶梯宽度Istep的阶梯波形的电流，能够使磁通密度指令值与从电磁铁40产生的实际的磁通密度更精度良好地一致。
图13B、13C是与图13A相同的电磁铁40的磁滞的实际测量数据的一例，将数据测定时的磁通密度指令值的间隔分别设为6G、10G。对于图13B和13C的实际测量数据也进行与上述的图13A的情况相同的评价实验，比较ΔB的偏差。在图14中表示比较效果。由此可知，在磁滞的实际测量数据获取时的磁通密度指令值的间隔为6G的情况下，在将来自驱动器80的输出电流的阶梯宽度Istep设为相当于磁通密度换算的阶梯宽度6G的阶梯宽度时，从电磁铁40产生的磁通密度的偏移量ΔB的偏差3σ最小。另外，在磁滞的实际测量数据获取时的磁通密度指令值的间隔为10G的情况下，对于相当于磁通密度换算的阶梯宽度为9G的驱动器80的输出电流的阶梯宽度Istep，磁通密度的偏移量ΔB的偏差3σ最小。
若总结以上的评价实验的结果，从驱动器80向电磁铁40输出的阶梯波形的电流的阶梯宽度Istep优选设定为，将该阶梯宽度Istep换算成磁通密度的阶梯宽度与获取电磁铁40的磁滞的实际测量数据时的磁通密度指令值的间隔相等或者接近。由此，能够使磁通密度指令值与从电磁铁40产生的实际的磁通密度精度良好地一致。
图15是例示出驱动器80输出的斜坡波形的电流的图。在图15中，横轴表示时间，纵轴表示电流。若从电流值决定部70向驱动器80指示控制电流值In’(即，针对第n个磁通密度指令值而决定的控制电流值)，则驱动器80像图示那样，使该输出电流从当前的电流值In-1’(即，针对第n-1个磁通密度指令值按照上次的电流值决定处理而决定的控制电流值)以规定的恒定变化率连续地变化，最终输出目标的电流值In’的电流。这里，按照每电流1A的迁移时间ttrans来定义电流的变化率。在图15中，示出In’＞In-1’、即电流增加的斜坡波形，但在In’＜In-1’的情况下，当然成为电流减少的斜坡波形。
为了决定斜坡波形中的每单位电流的迁移时间ttrans的合适值，进行了与上述的阶梯波形的情况相同的评价实验。这里，设为ttrans＝30、40、50、60、70、80、90、100ms/A而获取电磁铁40的磁滞的实际测量数据，针对该各个每单位电流的迁移时间ttrans，与阶梯波形的情况同样地对磁通密度指令值与实际从电磁铁40产生的磁通密度偏移量ΔB的偏差进行比较。
在图16中表示比较效果。由此可知，每单位电流的迁移时间ttrans越长、即驱动器80的输出电流的时间的变化越平缓，则磁通密度的偏移量ΔB的偏差3σ越小。因此，通过驱动器80对电磁铁40的线圈41施加具有这样的每单位电流的迁移时间ttrans的斜坡波形的电流，能够使磁通密度指令值与从电磁铁40产生的实际的磁通密度更精度良好地一致。
根据以上说明的等离子体处理系统20，根据对线圈41的电流的施加历史而对三个函数91、92、93进行区分，而控制向线圈41流动的电流，由此不论电流施加的历史如何，都能够减少因磁滞引起的剩余磁的影响。即，能够使磁通密度指令值与通过使电流向线圈41流动而实际得到的磁通密度值比以往更精度良好地一致。其结果为，能够实现相同的等离子体处理系统20中的工序使用条件的再现性的提高、或者降低相同规格的等离子体处理系统20彼此间的个体差。并且，不论轭铁42所具有的磁滞的大小如何，都能够使磁通密度指令值与实际得到的磁通密度值精度良好地一致。因此，也可以使轭铁42不使用磁滞较小的材料。其结果为，可以将能够容易得到的廉价的材料用于轭铁42。即，能够减少等离子体处理系统20的成本、以及从等离子体处理系统20的订购到交付为止所需要的时间。
B：变形例：
在上述的等离子体处理系统20中，从外部(在本实施例中，指令部22)输入的指令值不限于磁通密度指令值。例如，也可以是，在指令部22中，将磁通密度指令值变换成电流指令值I，将电流指令值I输入给指令值获取部60。指令值获取部60所获取的信息也可以是能够确定磁通密度指令值的任意的信息。
另外，函数91、92、93不限于表示磁通密度指令值B(或者电流指令值I)与电流校正量Ic的对应关系的函数。函数91、92、93也可以是表示将与磁通密度指令值对应的控制电流值I’最终导出的任意的参数的对应关系的函数。例如，函数91、92、93也可以表示磁通密度与电压的对应关系。或者，函数91、92、93也可以是表示磁通密度与电流的关系的函数。或者，函数91、92、93也可以是表示磁通密度指令值与控制电流值I’的关系的函数。这样，只要使用将磁通密度与电压对应起来的函数，就不需要向其他的参数变换，能够根据期望的磁通密度而直接地决定控制电流值I’。因此，能够减少电磁铁控制装置50的运算负荷。
以上，对几个本发明的实施方式进行了说明，但上述的发明的实施方式是为了使本发明的理解变得容易，没有限定本发明。本发明当然能够在不脱离其主旨的情况下进行变更、改进，并且本发明包含其等价物。另外，在能够解决上述的课题的至少一部分的范围、或者实现效果的至少一部分的范围内，能够实现权利要求的范围以及说明书中记载的各结构要素的任意的组合、或者能够省略。

Claims (4)

1.一种电磁铁控制装置，用于对向具有轭铁和线圈的电磁铁的所述线圈流动的电流进行控制，该电磁铁控制装置的特征在于，具备：
指令值获取部，该指令值获取部构成为，获取与通过使电流向所述线圈流动而得到的磁通密度的目标值相当的磁通密度指令值、或者能够确定所述磁通密度指令值的信息；
电流值决定部，该电流值决定部基于所述磁通密度指令值而决定向所述线圈流动的电流的值；
存储部，该存储部存储基于所述电磁铁的磁滞的实际测量数据的第一函数、第二函数和第三函数；以及
驱动器，该驱动器根据决定的所述电流的值而对所述线圈施加阶梯波形或者斜坡波形的电流，
所述电流值决定部构成为执行如下的处理：
第一处理，在从所述轭铁的消磁状态使磁通密度增加的情况下，基于所述第一函数而决定向所述线圈流动的电流的值；
第二处理，在从所述轭铁的第一磁化状态使磁通密度减少的情况下，基于所述第二函数而决定向所述线圈流动的电流的值；
第三处理，在从所述轭铁的第二磁化状态使磁通密度增加的情况下，基于所述第三函数而决定向所述线圈流动的电流的值；
第四处理，在从所述轭铁的第三磁化状态使磁通密度减少的情况下，通过以第一扩缩率对所述第二函数进行扩大或者缩小而将所述第二函数变换成第四函数，并基于变换后的所述第四函数而决定向所述线圈流动的电流的值；以及
第五处理，在从所述轭铁的第四磁化状态使磁通密度增加的情况下，通过以第二扩缩率对所述第三函数进行扩大或者缩小而将所述第三函数变换成第五函数，并基于变换后的所述第五函数而决定向所述线圈流动的电流的值，
所述电流值决定部构成为，
在所述第四处理中，以使所述第二函数符合通过预先从所述第三磁化状态使磁通密度减少而得到的实际测量数据的方式，决定所述第一扩缩率，
在所述第五处理中，以使所述第三函数符合通过预先从所述第四磁化状态使磁通密度增加而得到的实际测量数据的方式，决定所述第二扩缩率。
2.根据权利要求1所述的电磁铁控制装置，其特征在于，
所述阶梯波形的电流的阶梯宽度被设定为，将该阶梯宽度换算成磁通密度的阶梯宽度与获取所述电磁铁的磁滞的实际测量数据时的磁通密度的间隔相等或者接近。
3.根据权利要求1所述的电磁铁控制装置，其特征在于，
所述第一函数、所述第二函数和所述第三函数是表示磁通密度与电流的关系的函数。
4.一种电磁铁系统，其特征在于，该电磁铁系统具有：
权利要求1所述的电磁铁控制装置；以及
所述电磁铁。
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