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KR102537164B1 - 전자석 제어 장치 및 전자석 시스템 - Google Patents

전자석 제어 장치 및 전자석 시스템 Download PDF

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KR102537164B1
KR102537164B1 KR1020227024501A KR20227024501A KR102537164B1 KR 102537164 B1 KR102537164 B1 KR 102537164B1 KR 1020227024501 A KR1020227024501 A KR 1020227024501A KR 20227024501 A KR20227024501 A KR 20227024501A KR 102537164 B1 KR102537164 B1 KR 102537164B1
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flux density
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도모노리 오하시
도시미츠 바라다
히로노부 야마사키
미사코 구도
이치주 사토
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Priority claimed from JP2015108160A external-priority patent/JP6556497B2/ja
Priority claimed from JP2015210872A external-priority patent/JP6530693B2/ja
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Abstract

본 발명에 따른 전자석 제어 장치는, 코일에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 자속 밀도의 목표값에 상당하는 자속 밀도 명령값, 또는 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 정보를 취득하도록 구성된 명령값 취득부와, 자속 밀도 명령값에 기초하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 전류값 결정부를 구비하고 있다. 전류값 결정부는, 계철의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제1 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제1 처리와, 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에, 제2 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제2 처리와, 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제3 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제3 처리를 실행하도록 구성된다.

Description

전자석 제어 장치 및 전자석 시스템 {ELECTROMAGNET CONTROLLER AND ELECTROMAGNET SYSTEM}
본 발명은, 예를 들어 플라스마 처리 장치의 플라스마 밀도의 분포를 제어하기 위하여 사용되는 전자석 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 예를 들어 플라스마 처리 장치 등의 플라스마 밀도의 분포를 제어하기 위하여 사용되는 전자석 제어 장치 및 전자석 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 계철과 코일을 갖는 전자석의 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위한 기술(전자석 장치, 전자석 제어 장치, 전자석 제어 방법 및 전자석 시스템)에 관한 것이다.
종래, 플라스마 에칭 장치 등의 플라스마 처리 장치에 있어서, 챔버 내에 발생하는 플라스마 밀도의 분포를, 전자석 장치가 발생시키는 자계에 의하여 제어하는 것이 알려져 있다. 구체적으로는, 예를 들어 플라스마 에칭 장치에 있어서, 에칭 가스가 도입된 챔버 내부에 서로 직교하는 방향의 전장 및 자장을 가함으로써 로렌츠 힘이 발생한다. 이 로렌츠 힘에 의하여 전자가 드리프트 운동을 행하면서 자력선에 포착된다. 이것에 의하여 전자와, 에칭 가스의 분자나 원자의 충돌 빈도가 증가하여 고밀도의 플라스마가 발생한다. 이는, 소위 마그네트론 방전이라고도 한다.
이러한 플라스마 처리 장치에 사용되는 전자석 장치로서, 철심으로 이루어지는 봉상의 요크의 외주에 코일을 권회하여 형성한 전자석(예를 들어 특허문헌 1 참조)이나, 판상의 요크에 마련된 환상의 홈에 코일을 배치하여 형성된 전자석이 알려져 있다.
또한 플라스마 에칭 장치 등의 플라스마 처리 장치에 있어서, 챔버 내의 플라스마 밀도의 분포를 제어하기 위하여, 챔버의 외부에 배치된 자석이 발생시키는 자장을 조작하는 것이 행해지고 있다. 자장을 조작하는 방법으로서, 예를 들어 영구 자석을 기계적으로 움직이거나 전자석에 인가하는 전류를 제어하거나 하는 것이 알려져 있다. 영구 자석을 기계적으로 움직이는 방법에서는, 영구 자석이 발생시키는 자장 강도가 고정되므로 플라스마 밀도 분포의 미세 조정을 하는 것이 곤란하였다. 이 때문에, 종래에는 전자석에 인가하는 전류를 제어하는 것이 채용되어 있다.
전자석에 인가하는 전류를 제어하는 방법으로서, 전자석의 코일에 흐르는 전류를 검출하고, 검출한 전류값과 목표의 전류값을 비교하여, 전자석의 코일에 흐르는 전류값이 목표의 전류값으로 되도록 전류값을 제어하는 것이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조).
또한 종래, 플라스마 처리 장치(예를 들어 플라스마 에칭 장치 등)에 있어서, 마그네트론 방전을 이용한 에칭 방법이 실용화되어 있다. 이는, 에칭 가스가 도입된 챔버 내에 있어서, 서로 직교하는 방향의 전기장 및 자장을 인가하고, 그 때 발생하는 전자의 드리프트 운동을 이용하여 웨이퍼 표면을 고효율로 에칭하는 방법이다.
이러한 에칭 장치에서는, 챔버 내의 플라스마 밀도의 분포를 제어하기 위하여, 챔버의 외부에 배치된 자석에 의하여 발생되는 자장이 제어된다. 자장을 제어하는 방법으로서, 예를 들어 영구 자석을 기계적으로 이동시키는 것이나 전자석에 인가하는 전류를 제어하는 것이 알려져 있다. 영구 자석을 기계적으로 이동시키는 방법에서는, 영구 자석에 의하여 발생되는 자장 강도가 고정되므로 플라스마 밀도 분포를 미세 조정하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 종래에는 전자석에 인가하는 전류를 제어하는 방법이 채용되어 있다(예를 들어 하기 특허문헌 2).
한편, 전자석에 대하여, 전자석에 인가하는 제어 전류와, 발생하는 자속 밀도 사이에 자기 히스테리시스(이하, 간단히 히스테리시스라고도 칭함)가 존재하는 것이 알려져 있다. 즉, 전자석에 인가한 전류에 대하여 얻어지는 자속 밀도는 잔류 자장의 영향을 받으므로, 동일한 인가 전류에 대하여 매회 동일한 자속 밀도값이 재현된다고 할 수는 없다.
이러한 잔류 자기의 영향을 저감하는 방법의 하나는, 히스테리시스 손실이 매우 작은 연자성 재료(예를 들어 순철계 재료나 전자 강판 등)를 계철로서 사용하는 것이다. 이러한 재료를 사용하면, 동일한 인가 전류에 대하여 일정한 허용차 내의 자속 밀도를 안정적으로 얻을 수 있다. 잔류 자기의 영향을 저감하는 다른 방법은 히스테리시스 특성을 고려하여 전류값을 보정하는 것이다(예를 들어 하기 특허문헌 3).
일본 특허 공개 제2013-149722호 공보 일본 특허 공개 제2012-74972호 공보 일본 특허 공개 제2007-132902호 공보
판상의 요크에 마련된 환상의 홈에 코일을 배치하여 형성되는 전자석 장치에 있어서는, 예를 들어 열경화성 수지 등에 의하여 코일이 홈에 고정된다. 열경화성 수지는 열경화 반응 및 경화 시의 고온으로부터 상온으로 복귀시킬 때의 열수축에 의하여 수축한다. 이 열경화성 수지의 수축은 요크를 변형시키게 된다. 요크가 변형되면, 플라스마 처리 장치의 챔버 내에 형성되는 자장이, 처리 대상물인 기판의 평면에 대하여 균일하지 않게 되고, 그 결과, 기판에 대한 처리가 균일하게 행해지지 않게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적의 하나는, 요크의 변형이 억제된 전자석 장치를 제공하는 것이다.
또한 상기와 같이 전자석에 인가하는 전류를 제어하는 경우, PI 제어(Proportional Integral 제어)가 행해지고 있었다. PI 제어에서는, 일반적으로 명령값에 대하여 편차가 반드시 발생하는 것이 알려져 있다. 전자석에 흐르는 전류를 명령값에 신속히 근접시키기 위해서는, PI 제어의 비례 게인 또는 적분 상수로서 비교적 큰 값을 설정할 필요가 있었다. 그러나 비례 게인 또는 적분 상수로서 비교적 큰 값을 설정하면, PI 제어의 안정 여유가 적어져 전류의 오버슈트의 원인으로 될 우려가 있었다. 또한 제어계나 전자석에 기차나 특성 변화가 발생한 경우, 제어가 불안정해질 우려가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적의 하나는, 전자석에 흐르는 전류를 명령값에 비교적 신속히 근접시킬 수 있는 전자석 제어 장치 및 전자석 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한 계철에 연자성 재료를 사용하는 방법에서는, 연자성 재료는 성능이 좋은 것을 선택할수록 고가로 되고, 게다가 가공 형상이나 모재의 크기에 제한이 있는 경우가 많다. 이 때문에 입수처의 적음이나 가공 비용 증대의 문제를 피할 수 없다.
또한 히스테리시스 특성을 고려하여 전류값을 보정하는 종래의 방법은, 플라스마 처리 장치에의 적용이 어렵다. 예를 들어 상기 특허문헌 3에서는, 전류는 미리 정해진 최댓값과 최솟값 사이를 사이클릭하게 변화되도록 제어된다. 그리고 이러한 제어에 있어서, 히스테리시스 특성을 고려한 함수를 사용하여 전류값이 보정된다. 한편, 플라스마 처리 장치에서는, 처리 상황에 따른 원하는 자속 밀도를 얻기 위하여 전류값이 불규칙하게 제어된다. 이는, 상황에 따라, 고려해야 하는 잔류 자기의 양이 상이한 것을 의미하고 있다. 즉, 특허문헌 3의 기술을 플라스마 제어 장치에 그대로 적용할 수는 없다.
이러한 점에서, 플라스마 처리 장치를 있어서 재현성의 저하나 장치의 개체 차의 요인으로 될 수 있는 현상이 허용차 내에 수용되도록 전자석을 제어할 수 있는 기술이 개발되는 것이 바람직하다. 또한 그러한 기술에 있어서, 연산 부하를 저감할 수 있는 것, 저비용화하는 것, 및 전자석 제어 장치의 발주로부터 납품까지 요하는 시간을 저감하는 것 중 적어도 하나가 달성되는 것이 바람직하다. 또는 동일한 계철 재료를 사용한 경우, 자속 밀도 출력 제어를 더 고정밀도화할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 계철과 코일을 갖는 전자석의 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위한 전자석 제어 장치가 제공된다. 이 전자석 제어 장치는, 코일에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 자속 밀도의 목표값에 상당하는 자속 밀도 명령값, 또는 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 정보를 취득하도록 구성된 명령값 취득부와, 자속 밀도 명령값에 기초하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 전류값 결정부를 구비하고 있다. 전류값 결정부는, 계철의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제1 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제1 처리와, 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에, 제2 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제2 처리와, 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제3 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제3 처리를 실행하도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치가 사용되는 플라스마 처리 장치의 개략 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치의 부분 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치의 부분 확대 단면도이다.
도 7은 냉각 플레이트의 단면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 냉각 플레이트의 단면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전자석 제어 장치가 사용되는 플라스마 처리 장치의 개략 측단면도이다.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러와 전자석 장치의 여자 코일을 도시하는 블록도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 CPU 전류 제어부의 제어 블록도이다.
도 12는 제3 실시 형태에 관한 컨트롤러와 전자석 장치의 여자 코일을 도시하는 블록도이다.
도 13은 제3 실시 형태에 관한 CPU 전류 제어부의 제어 블록도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태로서의 플라스마 에칭 시스템의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 15는 전자석의 개략 구성을 도시하는 부분 단면도이다.
도 16은 함수에 기초하여 전류값을 결정하는 개념을 나타내는 설명도이다.
도 17은 전류값 결정 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 18은 소자 상태로부터 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내는 모식도이다.
도 19는 도 18의 상태로부터 더 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내는 모식도이다.
도 20은 착자 상태로부터 자속 밀도를 감소시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내는 모식도이다.
도 21은 착자 상태로부터 자속 밀도를 감소시키는 경우에 전류값을 결정하는 다른 개념을 나타내는 모식도이다.
도 22는 착자 상태로부터 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내는 모식도이다.
도 23은 착자 상태로부터 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 다른 개념을 나타내는 모식도이다.
도 24는 제5 실시 형태로서의 전자석의 개략 구성을 도시하는 부분 단면도이다.
도 25는 측정점 M1에 있어서의 자속 밀도의 보정예를 나타내는 개념도이다.
도 26은 측정점 M2에 있어서의 자속 밀도의 보정예를 나타내는 개념도이다.
도 27은 측정점 M3에 있어서의 자속 밀도의 보정예를 나타내는 개념도이다.
도 28은 측정점 M4에 있어서의 자속 밀도의 보정예를 나타내는 개념도이다.
도 29a는 제6 실시 형태로서의, 각 코일의 상호 간섭을 반영하는 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 29b는 제6 실시 형태로서의, 각 코일의 상호 간섭을 반영하는 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 30은 제7 실시 형태로서의 플라스마 에칭 시스템의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치가 사용되는 플라스마 처리 장치의 개략 측단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 플라스마 처리 장치(10)는, 챔버(13)와, 기판 W를 적재하기 위한 기판 스테이지(14)와, 챔버(13)의 상면에 배치된 전자석 장치(20)와, 전자석 장치(20)를 제어하기 위한 컨트롤러(11)를 구비하고 있다.
기판 스테이지(14)는 챔버(13) 내에 배치되며, 그 상면에 기판 W가 적재된다. 챔버(13) 내는 도시되지 않은 진공 펌프에 의하여 배기된다. 챔버(13) 내에는 도시되지 않은 가스 도입 수단이 설치되며, 가스 도입 수단에 의하여, 예를 들어 에칭 가스 등이 챔버(13) 내에 도입된다.
전자석 장치(20)는 격벽{챔버(13)의 천장판}을 통해 챔버(13) 내에 자장을 형성하도록 구성된다. 전자석 장치(20)가 형성하는 자장은 전자석 장치(20)의 주위 방향으로 균일한 대략 동심원상의 자장으로 된다.
컨트롤러(11)는 전자석 장치(20)와 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(11)는 전자석 장치(20)에 임의의 코일 전류를 인가할 수 있도록 구성된다.
플라스마 처리 장치(10)는, 예를 들어 기판 스테이지(14)와 챔버(13)의 천장판 사이에 형성된 연직 방향의 전기장에 대하여 직교하는 방향으로, 전자석 장치(20)에 의하여 수평 방향의 자장이 형성된다. 이것에 의하여 플라스마 밀도 분포가 컨트롤되어 기판이 처리된다.
다음으로, 도 1에 도시한 본 발명의 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 전자석 장치(20)의 상면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 3-3 단면에 있어서의 전자석 장치(20)의 측단면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 전자석 장치(20)의, 파선 프레임으로 둘러싼 부분의 확대 단면도이고, 도 5는 전자석 장치(20)의 사시도이다. 또한 이하의 설명에 있어서 전자석 장치(20)의 「전방면」이란, 플라스마 처리 장치(10)의 기판 W(처리 대상물)로 향해지는 면을 말하고, 전자석 장치(20)의 「배면」이란, 전방면과 반대측의 면을 말한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 전자석 장치(20)는, 대략 원반형의 요크(21)와, 환상의 코일(23a, 23b, 23c, 23d)과, 요크(21)의 배면측에 배치되는 냉각 플레이트(40)와, 요크(21)의 배면과 냉각 플레이트(40) 사이에 배치되는 전열 시트(45)를 갖는다.
요크(21)는, 예를 들어 표면에 Ni 도금이 된 순철로부터 형성된다. 순철은 가공성이 좋은 것이 바람직하다. 요크(21)의 중심에는, 예를 들어 플라스마 처리 가스 등의 배관을 통과시키기 위한 관통 구멍(30)이 요크(21)의 두께 방향으로 형성된다. 요크(21)는, 대략 원반형의 백 요크(21a)와, 백 요크(21a)의 전방면에 설치되는 5개의 요크 측면부(21b)를 갖는다. 5개의 요크 측면부(21b)는 각각 직경이 상이한 환상으로 형성된다. 달리 말하면, 요크(21)는 동심원상으로 4개의 환상의 홈(22a, 22b, 22c, 22d)을 그 전방면에 갖는다. 홈(22a, 22b, 22c, 22d)은, 홈(22a)이 가장 직경이 작으며, 홈(22b), 홈(22c), 홈(22d)의 순으로 직경이 커지도록 형성된다.
코일(23a, 23b, 23c, 23d)은 각각 직경이 상이하도록 형성된다. 즉, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)은, 코일(23a)이 가장 직경이 작으며, 코일(23b), 코일(23c), 코일(23d)의 순으로 직경이 커지도록 형성된다. 코일(23a, 23b, 23c, 23d)은 각각 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 내부에 배치된다. 또한 여기서 「내부에 배치된다」는 것은, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 홈(22a, 22b, 22c, 22d)으로부터 밀려나오지 않고 완전히 홈(22a, 22b, 22c, 22d) 내에 배치되는 것을 의미한다. 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 자장의 자력선은 요크(21)의 백 요크(21a) 및 요크 측면부(21b)를 통과하므로, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 홈(22a, 22b, 22c, 22d) 내부에 배치됨으로써 자력선이 요크(21)를 통과하기 쉬워진다. 이 때문에, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 홈(22a, 22b, 22c, 22d)으로부터 밀려나오도록 배치되는 경우에 비하여 자장 분포의 변동을 억제할 수 있다.
홈(22a, 22b, 22c, 22d)에는 각각 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)가 설치된다. 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)는 코일(23a, 23b, 23c, 23d)을 내포하도록 설치되며, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)을 요크(21)에 대하여 고정하고 또한 전열한다. 여기서, 본 발명은 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)에 한정되지 않으며, 예를 들어 실리콘계 수지 또는 우레탄 수지 등의 열경화성 수지를 채용할 수 있다. 내열성, 열팽창률 및 열전도성이 양호한 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 열경화성 수지는 열경화 반응 및 경화 시의 고온으로부터 상온으로 복귀시킬 때의 열수축에 의하여 수축한다. 이 열경화성 수지의 수축은 요크(21)를 변형시키는 경우가 있다. 이 변형의 하나의 모드는, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 직경 방향 외측에 설치된 열경화성 수지가 요크(21)의 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면을 직경 방향 내측으로 인장함으로써 발생한다. 이 때문에 본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 직경 방향 외측에 설치된 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)와, 요크(21)의 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면 사이에, 각각 간극(27a, 27b, 27c, 27d)이 형성된다. 한편, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 직경 방향 내측이 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)를 통해 요크(21)에 대하여 고정된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 홈(22a)의 외주면에는, 예를 들어 불소계 박리제(29)가 도포된다. 이 박리제(29)는 홈(22a)에 에폭시 수지(24a)를 충전하기 전에 홈(22a)의 외주면에 도포된다. 이것에 의하여, 에폭시 수지(24a)를 열 경화시킴으로써 에폭시 수지(24a)가 수축한 때, 에폭시 수지(24a)가 홈(22a)의 외주면으로부터 용이하게 박리된다. 이 때문에, 요크(21)에 가해지는 응력이 억제되면서 간극(27a)이 형성된다. 도면 중 생략되어 있지만, 마찬가지로 홈(22b, 22c, 22d)의 외주면에도 박리제(29)가 도포된다.
에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)를 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면으로부터 박리시킴으로써, 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)의 수축에 의하여 발생하는 요크(21)의 직경 방향 내측에의 응력이 저감되어, 요크(21)가 변형되는 것을 억제할 수 있다.
코일(23a, 23b, 23c, 23d)은, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 폭 방향 중앙부가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 폭 방향 중앙보다도 직경 방향 내측에 위치하도록 배치되고, 또한 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 깊이 방향 중앙부가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 깊이 방향 중앙보다도 저부측에 위치하도록 배치된다.
도 4에 도시한 바와 같이 홈(22a, 22b)의 내주면은, 홈(22a, 22b)의 깊이가 깊어지는 것에 따라 폭이 넓어지는 테이퍼면(44a, 44b)을 갖는다. 즉, 테이퍼면(44a, 44b)에 의하여 홈(22a, 22b)의 저부측의 폭이 비교적 넓게 형성되고, 홈(22a, 22b)의 입구측(저부측과 반대측)의 폭이 비교적 좁게 형성된다. 도시한 바와 같이 홈(22a, 22b)의 내주면의 일부가 테이퍼형으로 형성되어 있어도 되고, 내주면의 전부가 테이퍼형으로 형성되어 있어도 된다. 또한 테이퍼 각도는 약 2° 이상 약 3° 이하가 바람직하다. 이것에 의하여 코일(23a, 23b) 및 에폭시 수지(24a, 24b)가 홈(22a, 22b)으로부터 탈락하는 것을 억제할 수 있다. 도면 중 생략되어 있지만, 마찬가지로 홈(22c, 22d)의 내주면도 그 깊이 방향을 따라 폭이 넓어지는 테이퍼면을 갖는다.
도 3에 도시한 바와 같이, 요크(21)의 백 요크(21a)에는, 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 내부와 요크(21)의 배면측을 관통하는 관통 구멍(28a, 28b, 28c, 28d)이 형성된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(28a, 28b, 28c, 28d)은 각각 3개의 구멍으로 구성된다. 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전하기 위한 2개의 배선(도 6 참조)과, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 온도를 검출하는, 도시되지 않은 2개의 온도 센서의 배선으로 이루어지는 계 4개의 배선이, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)로부터 관통 구멍(28a, 28b, 28c, 28d)의 3개의 구멍을 각각 통과하여 요크(21)의 배면측에 배치된다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 냉각 플레이트(40)는 요크(21)의 배면측에 배치되며, 예를 들어 볼트 등의 체결 부재(50)에 의하여 요크(21)에 체결된다. 냉각 플레이트(40)는 두께 방향으로 관통하는 구멍(43a, 43b, 43c)을 갖는다. 구멍(43a, 43b, 43c)은, 냉각 플레이트(40)가 요크(21)의 배면에 체결된 때, 관통 구멍(28a, 28b, 28c)의 위치에 대응하는 위치에 배치되도록 형성된다. 따라서 코일(23a, 23b, 23c)에 통전하기 위한 배선(도 6 참조), 및 코일(23a, 23b, 23c)의 온도를 검출하는, 도시되지 않은 온도 센서의 배선은, 코일(23a, 23b, 23c)로부터 관통 구멍(28a, 28b, 28c) 및 구멍(43a, 43b, 43c)을 통과하여 냉각 플레이트(40)의 배면측에 배치된다. 요크(21)의 관통 구멍(28d)이 형성되는 위치의 배면측에는 냉각 플레이트(40)는 배치되지 않는다. 이 때문에, 코일(23d)에 통전하기 위한 배선(도 6 참조), 및 코일(23d)의 온도를 검출하는, 도시되지 않은 온도 센서의 배선은, 관통 구멍(28d)만을 통과하여 요크(21)의 배면측에 배치된다.
도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 냉각 플레이트(40)는, 그 내부에 물을 통과시키는 수랭 관(41)을 가지며, 수랭 관(41)은 냉각 플레이트(40)의 외부에 위치하는 입구(41a) 및 출구(41b)를 갖는다.
도 3에 도시한 바와 같이 요크(21)의 배면에는 오목부(21c)가 형성된다. 오목부(21c)에는, 요크(21)의 열을 냉각 플레이트(40)에 전달하기 위한 전열 시트(45)가 배치된다. 즉, 전열 시트(45)의 한쪽 면이 요크(21)에 접촉하고 다른 쪽 면이 냉각 플레이트(40)에 접촉하도록, 전열 시트(45)는 요크(21)의 배면과 냉각 플레이트(40) 사이에 배치된다. 전열 시트(45)는 요크(21)의 배면과 냉각 플레이트(40) 사이의 대략 전체에 걸쳐 배치되어 있다. 냉각 플레이트(40)는 체결 부재(50)에 의하여 전열 시트(45)에 밀착하도록 체결된다. 오목부(21c)의 깊이는 전열 시트(45)에 적당한 압궤압을 부여하며, 이것에 의하여 전열 특성이 유지된다.
코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 열은 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)를 통하여 요크(21)에 전달된다. 요크(21)에 전달된 열은 백 요크(21a)로부터 전열 시트(45)에 의하여 효율적으로 냉각 플레이트(40)에 전달된다. 이와 같이 하여, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전하는 것에 의하여 발생하는 열이 효율적으로 방열된다.
또한 냉각 플레이트(40)의 배면측에 도 1에 도시한 컨트롤러(11)를 배치한 경우에는, 냉각 플레이트(40)는 컨트롤러(11)가 갖는 앰프 등의 방열도 행할 수 있다.
다음으로, 도 2에 도시한 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 배선의 구성에 대하여 설명한다. 도 6은 전자석 장치(20)의 부분 확대 단면도이다. 코일(23a)은 배선(52a, 53a)을 갖고, 코일(23b)은 배선(52b, 53b)을 갖는다. 도시 생략되어 있지만, 코일(23c, 23d)도 마찬가지로 각각 배선을 갖는다. 코일(23a, 23b, 23c, 23d)은 각각 별도의 배선에 의하여 컨트롤러(11)와 통전 가능하게 접속되어 있으므로, 컨트롤러(11)는 각각의 코일(23a, 23b, 23c, 23d)을 독립적으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 컨트롤러(11)가 각 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 각각 임의의 전류를 인가함으로써, 전자석 장치(20)의 전방면측에 임의의 동심원상의 자장을 형성할 수 있다. 나아가, 도 1에 도시한 플라스마 처리 장치(10)에 있어서, 챔버(13) 내에 형성되는 플라스마의 분포를 조절할 수 있다.
다음으로, 도 2 내지 도 6에 도시한 냉각 플레이트(40)의 냉각 구조에 대하여 설명한다. 도 7 및 도 8은, 냉각 플레이트(40)의 단면의 일례를 도시하는 도면이다. 또한 설명의 편의상, 도 3에 도시한 요크(21) 및 전열 시트(45)가 도 7 및 도 8에 간략화되어 도시되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 전열 시트(45)를 통해 요크(21)의 배면측에 배치되는 냉각 플레이트(40)는, 전열 시트(45)와 접촉하는 측(전방면측)에 홈(60)을 갖는다. 홈(60)에는, 내부에 물 등의 냉각 매체가 흐르는 수랭 파이프(61)가 설치된다. 수랭 파이프(61)와 홈(60)의 간극에는 시일제(62)가 충전되며, 시일제(62)에 의하여 수랭 파이프(61)가 홈(60)의 내부에 고정된다. 이것에 의하여, 수랭 파이프(61)에 흐르는 냉각 매체는, 요크(21), 전열 시트(45) 및 시일제(62)를 통하여, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)(도 3 등 참조)에 통전함으로써 발생하는 열을 효율적으로 흡수할 수 있다. 도시된 화살표 A1은 열의 이동을 나타내고 있다. 또한 냉각 플레이트(40)는, 예를 들어 알루미늄으로 구성되고, 수랭 파이프(61)는 스테인리스강(SUS) 등으로 구성된다.
또한 도 8에 도시하는 냉각 플레이트(40)는, 전열 시트(45)와 접촉하는 측(전방면측)에 오목부(65)를 가지며, 오목부(65)에 홈(60)이 형성된다. 홈(60)에는 수랭 파이프(61)가 설치된다. 수랭 파이프(61)와 홈(60)의 간극에는 시일제(62)가 충전된다. 또한 오목부(65)에는, 수랭 파이프(61)를 홈(60)에 압박하도록 구성된 압박 판(66)이 설치된다. 압박 판(66)은 압박 나사(63)에 의하여 냉각 플레이트(40)에 고정된다. 이것에 의하여, 수랭 파이프(61)는 시일제(62)와 압박 판(66)에 의하여 홈(60) 내에 고정된다. 코일(23a, 23b, 23c, 23d)(도 3 등 참조)에 통전함으로써 발생하는 열은, 도 7에 도시한 냉각 플레이트(40)와 마찬가지로, 요크(21), 전열 시트(45) 및 시일제(62)를 통하여, 수랭 파이프(61)에 흐르는 냉각 매체에 효율적으로 흡수된다. 또한 도 8에 도시하는 냉각 플레이트(40)에서는, 압박 판(66)이 홈(60) 내에 수랭 파이프(61)를 확실히 고정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)는, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 직경 방향 외측에 설치된 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)와, 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면 사이에 간극(27a, 27b, 27c, 27d)이 마련되므로, 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)의 수축에 의하여 요크(21)가 변형되는 것을 억제할 수 있다. 게다가 플라스마 처리 시에 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 전류가 가해지면 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 발열하여 요크(21)가 뜨거워진다. 이때, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)과 요크(21)의 열팽창 계수의 차에 의하여 발생하는 응력을, 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면에 접착되어 있는 경우에 비하여 완화할 수 있다.
또한 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면에 박리제(29)가 도포되어 있으므로, 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)가 열경화된 때, 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면으로부터 용이하게 박리된다. 이 때문에, 요크(21)에 가해지는 응력을 저감하면서 간극(27a, 27b, 27c, 27d)을 용이하게 형성할 수 있다.
또한 본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는 박리제(29)를 사용하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 직경 방향 외측에 설치된 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)와, 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 외주면 사이에 스페이서를 배치하거나 하여, 홈(22a, 22b, 22c, 22d)에 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)에 접착하지 않도록 하여 간극(27a, 27b, 27c, 27d)을 형성해도 된다.
본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 내부에 수납되므로, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 홈(22a, 22b, 22c, 22d)으로부터 밀려나오도록 배치되는 경우에 비하여 자장 분포의 변동을 더 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)은, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 폭 방향 중앙부가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 폭 방향 중앙보다도 직경 방향 내측에 위치하도록 배치된다. 이것에 의하여, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 더 요크(21)에 가까운 위치에 배치되므로, 요크(21)와의 사이에 간극이 없는 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 직경 방향 내측으로부터 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)를 통하여, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 열을 효율적으로 요크(21)에 전달할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)은, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 깊이 방향 중앙부가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 깊이 방향 중앙보다도 저부측에 위치하도록 배치된다. 이것에 의하여, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 더 요크(21)에 가까운 위치에 배치되므로, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 열이 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)를 통하여 효율적으로 요크(21)에 전달된다.
본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 열경화성 수지로서 내열성이 양호한 수지, 예를 들어 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)를 사용하고 있으므로, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 열에 의하여 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)의 강도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)는 비교적 열팽창 계수가 작으므로, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 열에 의한 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)의 팽창량을 비교적 작게 할 수 있어, 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)의 팽창에 의한 코일(23a, 23b, 23c, 23d)의 위치의 변동을 억제할 수 있다. 또한 열경화성 수지로서 열전도율이 양호한(높은) 수지, 예를 들어 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)를 사용하고 있으므로, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 열을 효율적으로 요크(21)에 전달할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는 에폭시 수지를 사용하고 있지만 이에 한정되지 않으며, 내열성 및 열전도성이 양호한 다른 수지를 사용할 수도 있다. 여기서, 본 실시 형태에서 사용되는 양호한 내열성 및 열전도성을 갖는 열경화성 수지는 약 0.5w/m·k 이상의 열전도성을 갖는 것이 바람직하고, 유리 전이점 온도가 약 150℃ 이상인 내열성을 갖는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 내주면의 적어도 일부가, 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 깊이가 깊어지는 것에 따라 폭이 넓어지는 테이퍼면을 가지므로, 만일 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)의 직경 방향 내측 및 배면측이 홈(22a, 22b, 22c, 22d)으로부터 박리된 때이더라도, 에폭시 수지(24a, 24b, 24c, 24d)가 홈(22a, 22b, 22c, 22d)의 테이퍼면에 걸려, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)이 홈(22a, 22b, 22c, 22d)으로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전하는 배선을, 관통 구멍(28a, 28b, 28c, 28d)를 통하여 요크(21) 및 냉각 플레이트(40)의 배면측에 배치시킨다. 이것에 의하여, 배선에 의하여 발생하는 자장의 영향을 억제할 수 있어, 전자석 장치(20)의 전방면측에 주위 방향으로 균일한 자장을 형성할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 요크(21)의 배면측에 냉각 플레이트(40)가 배치되므로, 코일(23a, 23b, 23c, 23d)에 통전함으로써 발생하는 열을 요크(21)로부터 방열할 수 있다. 또한 본 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)에서는, 요크(21)의 배면과 냉각 플레이트(40) 사이에 배치되는 전열 시트(45)를 가지므로, 요크(21)로부터의 방열을 더 효율적으로 행할 수 있다.
이상에서 설명한 실시 형태에 관한 전자석 장치(20)는, 홈(22a, 22b, 22c, 22d) 및 코일(23a, 23b, 23c, 23d) 등을 4개씩 갖는 것으로서 설명하고 있지만 이에 한정하지 않으며, 홈(22a, 22b, 22c, 22d) 및 코일(23a, 23b, 23c, 23d) 등은 적어도 하나 이상이면 된다.
또한 이상에서 설명한 실시 형태에서는, 플라스마 처리 장치(10)의 예로서 플라스마 에칭 장치를 들고 있지만 이에 한정되지 않으며, 플라스마의 생성에 자력을 이용하는 장치, 예를 들어 스퍼터링 장치나 플라스마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 등에도 전자석 장치(20)를 적용할 수 있다.
<제2 실시 형태>
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전자석 제어 장치인 컨트롤러가 사용되는 플라스마 처리 장치의 개략 측단면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 플라스마 처리 장치(10-1)는, 챔버(13-1)와, 기판 W-1을 적재하기 위하여 기판 스테이지(14-1)와, 챔버(13-1)의 상면에 배치된 전자석 장치(11-1)와, 전자석 장치(11-1)를 제어하기 위한 컨트롤러(20-1)(전자석 제어 장치)를 구비하고 있다.
기판 스테이지(14-1)는 챔버(13) 내-1에 배치되며, 그 상면에 기판 W-1이 적재된다. 챔버(13-1) 내는 도시되지 않은 진공 펌프에 의하여 배기된다. 챔버(13-1) 내에는 도시되지 않은 가스 도입 수단이 설치되며, 가스 도입 수단에 의하여, 예를 들어 에칭 가스 등이 챔버(13-1) 내에 도입된다.
전자석 장치(11-1)는 격벽{챔버(13-1)의 천장판}을 통해 챔버(13-1) 내에 자장을 형성하도록 구성된다. 전자석 장치(11-1)가 형성하는 자장은 기판 W-1의 면에 대하여 평행인 수평 자장으로 된다.
컨트롤러(20-1)는 전자석 장치(11-1)와 전기적으로 접속된다. 컨트롤러(20-1)는 전자석 장치(11-1)에 임의의 코일 전류를 인가할 수 있도록 구성된다. 또한 컨트롤러(20-1)는, 전자석 장치(11-1)가 구비하는, 도시되지 않은 온도 센서로부터의 온도 정보(온도 신호)를 수신 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(20-1)의 배치 장소는 임의이며, 예를 들어 장치 프레임을 설치하고, 이 장치 프레임에 설치해 둘 수 있다.
플라스마 처리 장치(10-1)는, 예를 들어 기판 스테이지(14-1)와 챔버(13-1)의 천장판 사이에 전위차를 부여함으로써, 기판(W-1)의 면에 대하여 수직 방향으로 전기장을 형성할 수 있다. 이 수직 방향의 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 전자석 장치(11-1)에 의하여 수평 자장이 형성된다. 이것에 의하여 고밀도 플라스마가 발생하여 기판이 처리된다.
다음으로, 도 9에 도시한 본 발명의 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)에 대하여 상세히 설명한다.
도 10은, 도 9에 도시한 컨트롤러(20-1)와 전자석 장치(11-1)의 여자 코일을 도시하는 블록도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)는, PC(Personal Computer) 등의 유저/상위 장치 인터페이스부(31-1)로부터 미리 정해진 목표 전류값인 전류 명령값 S1을 수신 가능하게 구성된다. 또한 컨트롤러(20-1)는, 도 9에 도시한 전자석 장치(11-1)의 여자 코일(40-1)과 접속되어, 소정의 전압을 여자 코일(40-1)에 인가하도록 구성된다.
또한 여자 코일(40-1)의 배선에는, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(42-1)가 설치된다. 이 전류 검출기(42-1)는, 검출한 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류의 값을 컨트롤러(20-1)에 송신하도록 구성된다.
컨트롤러(20-1)는, 유저/상위 장치 인터페이스부(31-1)로부터 전류 명령값 신호 S1을 수신하는 CPU(Central Processing Unit) 전류 제어부(30-1)와, CPU 전류 제어부(30-1)로부터의 출력 전압 명령값 S2를 수신하는 D/A 변환부(32-1)와, D/A 변환부(32-1)로부터의 출력 전압 명령값 S3을 수신하는 증폭기(33-1)(드라이버)를 갖는다. 또한 제2 실시 형태 및 이하에서 설명하는 제3 실시 형태에 있어서는, CPU 전류 제어부(30-1)을 갖는 것으로서 설명하지만, 그 대신, DSP(Digital Signal Processor)를 구비하는 DSP 전류 제어부를 설치해도 된다.
또한 컨트롤러(20-1)는, 전류 검출기(42-1)로부터의 여자 코일(40-1)의 전류값을 나타내는 전류 신호 S8을 취득하는 증폭기(37-1)(전류값 취득부)와, 증폭기(37-1)로부터의 전류 신호 S9를 취득하는 A/D 변환부(36-1)를 갖는다.
여자 코일(40-1)에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위하여, 먼저 유저/상위 장치 인터페이스부(31-1)로부터 디지털양의 전류 명령값 신호 S1이 CPU 전류 제어부(30-1)에 송신된다. CPU 전류 제어부(30-1)는 수신한 전류 명령값 신호에 기초하여 출력 전압을 산출하고, 디지털양의 출력 전압 명령값 S2를 D/A 변환부(32-1)에 송신한다. D/A 변환부(32-1)는 디지털양의 출력 전압 명령값 S2를 아날로그양의 출력 전압 명령값 S3으로 변환하고, 아날로그양의 출력 전압 명령값 S3을 증폭기(33-1)에 송신한다. 증폭기(33-1)는 출력 전압 명령값 S3을 증폭하고, 아날로그양의 출력 전압을 여자 코일(40-1)에 인가하여 여자 코일(40-1)에 전류를 흐르게 한다.
전류 검출기(42-1)는 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류를 검출하고, 전류 신호 S8을 증폭기(37-1)에 송신한다. 증폭기(37-1)는 전류 신호 S8을 증폭하고, 아날로그양의 전류 신호 S9를 A/D 변환부(36-1)에 송신한다. A/D 변환부(36-1)는 아날로그양의 전류 신호 S9를 디지털양으로 변환한 전류값 신호 S10을 CPU 전류 제어부(30-1)에 송신한다.
CPU 전류 제어부(30-1)는 수신한 전류값 신호 S10에 기초하여 출력 전압 명령값 신호 S2를 다시 산출하고, A/D 변환부(32-1) 및 증폭기(33-1)를 통하여 여자 코일(40-1)에 흐르게 하는 전류를 제어한다.
CPU 전류 제어부(30-1)는, A/D 변환부(36-1)로부터 수신한 전류값 신호 S10과 유저/상위 장치 인터페이스부(31-1)로부터의 전류 명령값 신호 S1을 비교하도록 구성된다. CPU 전류 제어부(30-1)는 전류값 신호 S10의 전류값과 전류 명령값 신호 S1의 전류값의 편차를 산출하고, 이 편차와 CPU 전류 제어부(30-1)의 메모리에 기억된 소정값을 비교한다. CPU 전류 제어부(30-1)는, 편차가 소정값 이상이라고 판정한 경우에는 여자 코일(40-1)에 이상이 발생했다고 판단하여, 도시되지 않은 외부의 표시 수단 등에 경고를 발하도록 구성된다. 즉, 소정값을 어느 정도 큰 값으로 설정함으로써, 편차가 큰지의 여부가 판정된다. 편차가 크다는 것은, 실제로 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류값이 명령값과 크게 떨어져 있는 것을 의미한다. 이 경우, 예를 들어 여자 코일(40-1)에 레어 쇼트(Layer Short)가 발생한 상황 등이 상정된다.
도 11은, 도 10에 도시한 CPU 전류 제어부(30-1)의 제어 블록도이다.
CPU 전류 제어부(30-1)는, 도 10에 나타낸 전류 명령값 신호 S1에 기초하여 출력 전압 명령값을 산출하는 출력 전압 명령값 산출부(21-1)와, 도 10에 나타낸 전류값 신호 S10과 전류 명령값 신호 S1의 전류 편차 신호 S12를 산출하고, 이것에 PI 제어를 행하는 전류 편차 산출부(22-1)와, 전류 편차 산출부(22-1)로부터 출력된 출력 신호 S14와 출력 전압 명령값 산출부(21-1)로부터 출력되는 출력 전압 명령값 신호 S15를 가산하는 가산부(29-1)를 구비한다.
출력 전압 명령값 산출부(21-1)는, 소정의 사용 조건에 있어서의 여자 코일(40-1)(도 10 참조)의 저항값(직렬 저항값)이 보존된 메모리부(23-1)와, 이 저항값과 전류 명령값 신호 S1에 기초하여 출력 전압 명령값을 산출하는 산출부(24-1)를 구비한다.
전류 편차 산출부(22-1)는, 전류 명령값 신호 S1과 전류값 신호 S10으로부터 전류 편차를 산출하여 전류 편차 신호 S12를 출력하는 감산부(25-1)와, 전류 편차 신호 S12에 적분 동작을 행하는, 예를 들어 저역 통과 필터 등을 갖는 적분 동작부(26-1)와, 적분 동작이 행해진 전류 편차 신호 S13에 비례 동작을 행하는 비례 동작부(27-1)를 구비한다.
CPU 전류 제어부(30-1)는, 도 10에 도시한 유저/상위 장치 인터페이스부(31-1)로부터 수신한 전류 명령값 S1을 출력 전압 명령값 산출부(21-1)에 송신한다. 출력 전압 명령값 산출부(21-1)에서는, 소정의 사용 조건에 있어서의 여자 코일(40-1)(도 10 참조)의 저항값(Rt)(디지털값)이 메모리부(23-1)로부터 판독되어 산출부(24-1)로 보내진다. 산출부(24-1)에서는, 저항값(Rt)과 전류 명령값 신호 S1의 전류 명령값(I0)으로부터 출력 전압 명령값(Vo)을 산출한다. 즉, 옴의 법칙에 따라 계산식 Vo=I0×Rt에 의하여 출력 전압 명령값(Vo)이 산출된다. 산출된 출력 전압 명령값(Vo)은 출력 전압 명령값 신호 S15로서 가산부(29-1)로 보내진다. 이것에 의하여, 여자 코일(40-1)(도 10 참조)의 저항값을 고려한 후에, 전류 명령값(I0)에 직접 대응하는 출력 전압 명령값(Vo)을 산출하여 출력할 수 있으므로, 편차에만 기초하여 출력 전압 명령값을 산출하는 경우에 비하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류가 목표 전류값(전류 명령값)에 도달할 때까지의 시간(응답 시간)을 짧게 할 수 있다.
한편, 전류 편차 산출부(22-1)가 전류값 신호 S10을 수취하면, 감산부(25-1)는 전류 명령값 신호 S1이 나타내는 전류값으로부터 전류값 신호 S10이 나타내는 전류값을 감산하여 전류 편차를 산출한다. 감산부(25-1)는 산출한 전류 편차를 전류 편차 신호 S12로서 적분 동작부(26-1)에 출력한다. 적분 동작부(26-1)는, 전류 편차 신호 S12를 수취하고, 전류 편차 신호 S12에 적분 동작을 행한다. 비례 동작부(27-1)는, 적분 동작이 행해진 전류 편차 신호 S13을 적분 동작부(26-1)로부터 수취하고, 전류 편차 신호 S13에 비례 동작을 행한다. 비례 동작이 행해진 전류 편차 신호 S14는 가산부(29-1)로 보내진다. 가산부(29-1)는, 출력 전압 명령값 신호 S15에 전류 편차 신호 S14를 가산하여 전류 편차가 고려된 출력 전압 명령값 신호 S2를 D/A 변환부(32-1)(도 10 참조)에 송신한다. 이것에 의하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류값과 목표 전류값의 편차를 고려한 출력 전압값을 산출하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류값을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)에서는, 출력 전압 명령값 산출부(21-1)가 소정의 사용 조건에 있어서의 여자 코일(40-1)(도 10 참조)의 저항값(Rt)에 기초하여 출력 전압 명령값을 산출한다. 이것에 의하여 컨트롤러(20-1)는, 전류 편차 산출부(22-1)의 비례 게인이나 적분 상수를 크게 하지 않고, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류를 전류 명령값에 신속히 근접시킬 수 있다. 달리 말하면, 편차에만 기초하여 출력 전압 명령값을 산출하는 경우에 비하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류가 목표 전류값(전류 명령값)에 도달할 때까지의 시간(응답 시간)을 짧게 할 수 있다. 따라서 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)에 의하면, 안정성이 우수하고 또한 고정밀도의 전류 제어를 실현할 수 있다. 또한 여자 코일(40-1)의 저항값을 고려한 출력 전압 명령값을 산출하고 이것에 기초하여 여자 코일(40-1)이 제어되므로, 목표 전류값에의 도달 시간을 짧게 할 수 있음과 함께, 제어 정밀도를 종래에 비하여 높게 할 수 있다(목표 전류값과 실제 전류값의 편차를 작게 할 수 있음). 나아가, 고정밀도의 A/D 변환기나 D/A 변환기가 불필요해지므로 장치의 비용을 저감할 수 있다.
또한 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)에서는, 저항값(Rt)에 추가하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류값과 전류 명령값(목표 전류값)의 편차도 고려하여 출력 전압 명령값을 산출한다. 따라서 가령 미리 보존된 소정의 사용 조건에 있어서의 여자 코일(40-1)의 저항값(Rt)이 실제 여자 코일(40-1)의 저항값(Rt)과 크게 상이했다고 하더라도, 여자 코일(40-1)의 전류값과 전류 명령값의 편차에 기초하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류값을 전류 명령값에 고정밀도로 근접시킬 수 있다.
<제3 실시 형태>
다음으로, 제3 실시 형태의 전자석 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 12는, 컨트롤러와 전자석 장치의 여자 코일을 도시하는 블록도이다. 또한 제3 실시 형태에 관한 전자석 제어 장치가 사용되는 플라스마 처리 장치는 도 9에 도시한 플라스마 처리 장치와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
제3 실시 형태는 제2 실시 형태에 비하여, 여자 코일의 온도를 검출하는 기구를 갖는 점이 상이하다. 그 외의 구성은 제2 실시 형태와 마찬가지이므로, 제2 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 여자 코일(40-1)에는 온도 센서 등의 온도 검출기(41-1)가 설치된다. 이 온도 검출기(41-1)는 검출한 여자 코일(40-1)의 온도를 컨트롤러(20-1)에 송신하도록 구성된다.
컨트롤러(20-1)는, 온도 검출기(41-1)로부터의 여자 코일(40-1)의 온도를 나타내는 온도 신호 S5를 취득하는 증폭기(35-1)(온도 취득부)와, 증폭기(35-1)로부터의 온도 신호 S6을 수신하는 A/D 변환부(34-1)를 갖는다.
온도 검출기(41-1)는 여자 코일(40-1)의 온도를 검출하고, 온도 신호 S5를 증폭기(35-1)에 송신한다. 증폭기(35-1)는 온도 신호 S5를 증폭하고, 아날로그양의 온도 신호 S6을 A/D 변환부(34-1)에 송신한다. A/D 변환부(34-1)는, 아날로그양의 온도 신호 S6을 디지털양으로 변환한 온도값 신호 S7을 CPU 전류 제어부(30-1)에 송신한다.
도 13은, 제3 실시 형태에 관한 CPU 전류 제어부(30-1)의 제어 블록도이다.
제3 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)의 CPU 전류 제어부(30-1)는, 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)의 CPU 전류 제어부(30-1)에 비하여, 출력 전압 명령값을 산출하는 출력 전압 명령값 산출부(21-1)가 코일 저항값 산출부(28-1)를 갖는 점이 상이하다. 이하에서 상세히 설명한다.
도 13에 도시한 바와 같이, CPU 전류 제어부(30-1)의 출력 전압 명령값 산출부(21-1)는 제2 실시 형태의 메모리부(23-1) 대신, 여자 코일(40-1)의 저항값을 산출하는 코일 저항값 산출부(28-1)를 갖는다. 코일 저항값 산출부(28-1)는 도 12에 도시한 A/D 변환부(34-1)로부터의 온도값 신호 S7을 수신한다. 코일 저항값 산출부(28-1)는, 온도값 신호 S7이 나타내는 코일의 온도(T)에 기초하여 여자 코일(40-1)의 저항값(Rt)을 산출한다. 저항값(Rt)은 이하와 같이 산출된다. 즉, 20℃에서의 여자 코일(40-1)의 저항값을 R20이라 하고, 여자 코일(40-1)의 저항값 온도 계수를 α라 하면, Rt=R20×(1+αT)에 의하여 저항값(Rt)이 산출된다. 또한 20℃에서의 여자 코일(40-1)의 저항값을 R20는 미리 코일 저항값 산출부(28-1)가 갖는 메모리에 저장되어 있다.
코일 저항값 산출부(28-1)에 의하여 산출된 저항값(Rt)은 산출부(24-1)로 보내진다. 산출부(24-1)에서는, 코일 저항값 산출부(28-1)에 의하여 산출된 저항값(Rt)과 전류 명령값 신호 S1의 전류 명령값(I0)에 기초하여 출력 전압 명령값(Vo)을 산출한다. 산출된 출력 전압 명령값(Vo)은 출력 전압 명령값 신호 S15로서 가산부(29-1)로 보내진다.
코일 저항값 산출부(28-1)는 소정 시간마다 여자 코일(40-1)의 온도값 신호 S7을 수신하여 저항값(Rt)을 산출한다. 이 소정 시간마다 산출되는 저항값(Rt)에 기초하여 산출부(24-1)가 출력 전압 명령값을 산출하고, 출력 전압 명령값 신호 S15를 가산부(29-1)에 송신한다. 따라서 컨트롤러(20-1)는, 여자 코일(40-1)의 온도 변화에 따른 적절한 출력 전압 명령값 신호 S15에 기초하여 여자 코일(40-1)의 전류를 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 제3 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)에서는, 여자 코일(40-1)의 온도를 모니터링하여, 여자 코일(40-1)의 실제 온도에 기초하여 여자 코일(40-1)의 실제 저항값(Rt)을 산출한다. 이것에 의하여 컨트롤러(20-1)는, 전류 편차 산출부(22-1)의 비례 게인이나 적분 상수를 크게 하지 않고, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류를 전류 명령값에 신속히 근접시킬 수 있다. 달리 말하면, 편차에만 기초하여 출력 전압 명령값을 산출하는 경우에 비하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류가 목표 전류값(전류 명령값)에 도달할 때까지의 시간(응답 시간)을 짧게 할 수 있다. 또한 여자 코일(40-1)의 저항값을 고려한 출력 전압 명령값을 산출하고 이것에 기초하여 여자 코일(40-1)이 제어되므로, 목표 전류값에의 도달 시간을 짧게 할 수 있음과 함께, 제어 정밀도를 종래에 비하여 높게 할 수 있다(목표 전류값과 실제 전류값의 편차를 작게 할 수 있음). 나아가, 고정밀도의 A/D 변환기나 D/A 변환기가 불필요해지므로 장치의 비용을 저감할 수 있다.
또한 컨트롤러(20-1)는, 산출한 실제 저항값(Rt)에 기초하여 출력 전압 명령값을 산출한다. 이 때문에, 제3 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)는, 여자 코일(40-1)의 온도가 외란에 의하여 변화되었다고 하더라도 코일 저항값을 정확히 추정할 수 있으므로, 실제의 여자 코일(40-1)의 온도에 적합한, 더 정밀도가 높은 출력 전압 명령값을 출력할 수 있다. 따라서 제3 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)에 의하면, 안정성이 우수하고 또한 더 고정밀도의 전류 제어를 실현할 수 있다.
또한 제3 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)는, 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러(20-1)와 마찬가지로, 직렬 저항값(Rt)에 추가하여, 여자 코일(40-1)의 전류값과 전류 명령값의 편차도 고려하여 출력 전압 명령값을 산출한다. 따라서 여자 코일(40-1)의 전류값과 전류 명령값의 편차에 기초하여, 여자 코일(40-1)에 흐르는 전류값을 전류 명령값에 고정밀도로 근접시킬 수 있다.
또한 상기 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에서는, 온도 검출기(41-1) 및 전류 검출기(42-1)가 컨트롤러(20-1)와는 다른 것으로서 설치되어 있지만, 온도 검출기(41-1) 및 전류 검출기(42-1)는 컨트롤러(20-1)의 일부로서 구성되어 있어도 된다.
또한 도 11 및 도 13에 도시한 CPU 전류 제어부(30-1)의 구성 요소는, 메모리부(23-1)을 제외하고, 예를 들어 CPU 전류 제어부(30-1) 내에 기억된 소프트웨어 에 의하여 실현할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전자석 제어 장치는, 예를 들어 플라스마 에칭 장치, 스퍼터링 장치나 플라스마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 등의, 플라스마의 생성에 자력을 이용하는 장치에 적용할 수 있다.
A. 제4 실시 형태:
도 14는, 본 발명의 일 실시 형태로서의 플라스마 처리 시스템(20-2)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 플라스마 처리 시스템(20-2)은, 본 실시 형태에서는 플라스마 에칭을 행하기 위한 시스템이며, 예를 들어 반도체 제조 공정에 있어서 기판(예를 들어 웨이퍼)을 에칭하기 위하여 사용된다. 도 14에 도시한 바와 같이, 플라스마 처리 시스템(20-2)은 플라스마 에칭 장치(21-2)와 명령부(22-2)와 전자석 시스템(30-2)을 구비하고 있다. 플라스마 에칭 장치(21-2)는 챔버(도시 생략)를 구비하고 있다. 챔버 내에서 플라스마가 발생되고, 그것에 의하여 생성되는 이온이나 라디칼에 의하여 처리 대상물이 에칭된다. 명령부(22-2)는, 본 실시 형태에서는 퍼스널 컴퓨터이며, 전자석 시스템(30-2){더 구체적으로는 후술하는 전자석 제어 장치(50-2)}에 통신 가능하게 접속되어 있다. 명령부(22-2)는, 전자석 시스템(30-2)에 명령을 부여하는 임의의 장치로 할 수 있으며, 예를 들어 시퀀서 등이어도 된다.
전자석 시스템(30-2)은 전자석(40-2)과 전자석 제어 장치(50-2)를 구비하고 있다. 전자석(40-2)은, 전자석(40-2)에 의하여 발생되는 자장에 의하여 플라스마 에칭 장치(21-2)에 있어서의 플라스마 밀도 분포를 제어하기 위하여, 상술한 챔버의 외부에 챔버에 인접하여 설치된다. 전자석 제어 장치(50-2)는 명령부(22-2)로부터의 명령을 접수하여, 원하는 자속 밀도가 얻어지도록, 전자석(40-2)에 흐르게 하는 전류를 제어한다. 전자석 제어 장치(50-2)는, 플라스마 에칭 장치(21-2)에서의 처리 상황에 따라 플라스마 밀도 분포를 제어할 수 있도록, 미리 정해진 최대(또는 최소)의 전류값(달리 말하면 자속 밀도값)에 도달하기 전에 전류(달리 말하면 자속 밀도)를 증가(또는 감소)시키도록 제어 가능하게 구성된다.
도 15는 전자석(40-2)의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 전자석(40-2)은 코일(41-2)과 계철(42-2)을 구비하고 있다. 본 실시 형태는, 설명을 단순화하기 위하여 전자석(40-2)이 하나의 코일(41-2)을 구비하고 있는 것으로서 설명된다. 단, 전자석(40-2)은 임의의 수의 코일(41-2)을 구비하고 있어도 된다. 코일(41-2)은, 상면에서 보아 원 형상으로 배치되어 있지만, 도 15에서는, 원의 중심에 대하여 편측만을 도시하고 있다. 전자석(40-2)에서는, 코일(41-2)로부터 소정 거리만큼 떨어진 측정점 M1(챔버 내의 점)에 있어서 원하는 자속 밀도가 얻어지도록, 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류가 제어된다.
그러나 자성 재료에 의하여 형성되는 계철(42-2)은 자기 히스테리시스를 갖고 있다. 이 때문에, 원하는 자속 밀도{본 실시 형태에서는 명령부(22-2)로부터 입력되는 자속 밀도 명령값}에 기초하여, 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류를 단순히 연산하면, 원하는 자속 밀도와, 측정점 M1에서 측정되는 자속 밀도 사이에, 코일(41-2)에 인가되는 전류의 이력에 따라 차이가 발생한다. 전자석 제어 장치(50-2)는 이러한 히스테리시스의 영향(즉, 원하는 자속 밀도와 측정점 M1에서 측정되는 자속 밀도의 불일치)을 저감하는 기능을 갖고 있다.
도 14에 도시한 바와 같이, 전자석 제어 장치(50-2)는 명령값 취득부(60-2)와 전류값 결정부(70)와 드라이버(80)와 소자부(85)와 기억부(90)를 구비하고 있다. 명령값 취득부(60-2)는 명령부(22-2)로부터 자속 밀도 명령값을 접수한다. 또한 명령값 취득부(60-2)는 접수한 자속 밀도 명령값을, 히스테리시스가 존재하지 않는다고 가정한 경우{즉, 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류와 측정점 M1에서 측정되는 자속 밀도가 정비례한다고 가정한 경우}의 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류의 전류값으로 환산한다. 이와 같이 하여 환산되는 전류값을 전류 명령값 I라고도 칭한다. 명령값 취득부(60-2)는 산출한 전류 명령값 I를 전류값 결정부(70)에 출력한다.
전류값 결정부(70)는 전자석(40-2)의 히스테리시스를 고려하여 전류 명령값 I를 보정하여, 코일(41-2)에 실제로 흐르게 하는 전류값(제어 전류값 I'이라도 칭함)을 결정한다. 이 처리는 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)에 기초하여 행해진다. 이들 함수는 기억부(90)에 미리 기억되어 있다. 단, 이들 함수는 외부{예를 들어 명령부(22-2)}로부터 통신에 의하여 취득되어도 된다. 또한 후술하는 바와 같이, 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)는 상황에 따라 변환되는 경우가 있는데, 전류값 결정부(70)는 통신에 의하여 외부로부터 변환 후의 함수를 취득해도 된다. 이들 함수의 상세에 대해서는 후술한다.
그리고 전류값 결정부(70)는 결정한 제어 전류값 I'을 드라이버(80)에 출력한다. 드라이버(80)는 코일(41-2)에의 전류 공급을 제어한다. 즉, 드라이버(80)는 입력된 제어 전류값 I'의 전류를 전자석(40-2)의 코일(41-2)에 흐르게 한다. 소자부(85)는 계철(42-2)에 대하여 소자를 행한다. 구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 소자부(85)는 명령부(22-2)로부터 소자 명령을 접수하면, 기억부(90)로부터 소자의 파라미터(예를 들어 교류 소자의 진폭, 주파수 등)를 취득한다. 그리고 소자부(85)는 취득한 파라미터에 따른 명령을 드라이버(80)에 출력한다. 드라이버(80)는 입력된 명령에 기초하여, 전류를 원하는 파형으로 변환하여 출력한다.
도 16은, 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)에 기초하여 제어 전류값 I'을 결정하는 개념의 설명도이다. 이상 직선 F0은, 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류와, 그것에 의하여 얻어지는 자속 밀도의 이상적인 관계(즉, 히스테리시스가 존재하지 않는 경우의 관계)를 나타내고 있다. 이상 직선 F0에서는, 전류와 자속 밀도는 원점을 통과하는 비례 관계에 있다. 이에 대하여, 제1 함수 라인 F1, 제2 함수 라인 F2 및 제3 함수 라인 F3은, 히스테리시스의 영향을 고려하여 보정된 후의, 전류와 자속 밀도의 관계를 개념적으로 나타내고 있다. 도 16에 나타나는 제1 함수 라인 F1, 제2 함수 라인 F2 및 제3 함수 라인 F3은 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)를 각각 그대로 그래프화한 것이 아니라, 이들 함수에 의하여 전류 명령값 I가 이상 직선 F0에 대하여 어떻게 보정될지를 개념적으로 나타내고 있는 것에 유의하기 바란다. 제1 함수 라인 F1은 이상 직선 F0보다도 상방에 위치하고 있다. 제2 함수 라인 F2는 이상 직선 F0보다도 하방에 위치하고 있고, 제3 함수 라인 F3은 제2 함수 라인 F2보다도 상방에 위치하고 있다. 도 16에 나타내는 예에서는, 제3 함수 라인 F3의 전체가 이상 직선 F0보다도 하방에 위치하고 있지만, 계철(42-2)의 재질에 따라서는, 제3 함수 라인 F3의 일부분은 이상 직선 F0보다도 상방에 위치하는 경우도 있다.
함수 라인 F1 내지 F3은 전자석(40-2)의 히스테리시스 특성을 미리 실측하고, 그 결과에 기초하여 근사적으로 정해진다. 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)는, 정해진 함수 라인 F1 내지 F3 상의 전류값이 제어 전류값 I'으로서 얻어지도록 근사적으로 정해진다. 본 실시 형태에서는, 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)의 각각은 구간 선형 함수로서 정의되어 있다. 즉, 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)의 각각은, 그래프화한 경우, 복수의 선형이 꺾임 점에서 접속된 형상을 갖고 있다. 단, 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)는, 구간이 정의되어 있지 않은 단순한 선형 함수로서 정의되어도 되고, 또는 임의의 함수로서 정의되어도 된다.
제1 함수(91)는 계철(42-2)의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에 사용된다. 제1 함수(91)에 대응하는 도 16의 제1 함수 라인 F1은, 원점과, 자속 밀도의 최댓값 Bmax 사이에서 정의되어 있다. 즉, 도시되는 제1 함수 라인 F1은, 전류값 0으로부터 최댓값 Bmax에 상당하는 전류값(전류값 Imax)까지 전류를 일정한 폭으로 증가시키는 경우에 있어서의, 코일(41-2)에 흐르는 전류값과 측정점 M1에 있어서 얻어지는 자속 밀도의 관계를 근사적으로 나타내고 있다.
제2 함수(92)는 계철(42-2)의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에 사용된다. 제2 함수(92)에 대응하는 도 16의 제2 함수 라인 F2는, 최댓값 Bmax와, x축 상의 점(전류값 0) 사이에서 정의되어 있다. 즉, 도시되는 제2 함수 라인 F2는, 최댓값 Bmax에 상당하는 전류값으로부터 전류값 0까지 전류를 일정한 폭으로 감소시키는 경우에 있어서의, 코일(41-2)에 흐르는 전류값과 측정점 M1에 있어서 얻어지는 자속 밀도의 관계를 근사적으로 나타내고 있다.
제3 함수(93)는 계철(42-2)의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에 사용된다. 제3 함수(93)에 대응하는 도 16의 제3 함수 라인 F3은, x축 상의 점(전류값 0)과, 최댓값 Bmax 사이에서 정의되어 있다. 즉, 도시되는 제3 함수 라인 F3은, 최댓값 Bmax에 대응하는 전류값으로부터 전류값 0까지 전류를 저하시킨 후에, 다시 최댓값 Bmax에 대응하는 전류값까지 전류를 일정한 폭으로 증가시키는 경우에 있어서의, 코일(41-2)에 흐르는 전류값과 측정점 M1에 있어서 얻어지는 자속 밀도의 관계를 근사적으로 나타내고 있다.
도 16에서는 제1 사분면만을 나타내고 있지만, 제2 내지 제4 사분면의 각각에 있어서도, 도 16에 나타내는 선형과 원점 대상의 그래프를 얻을 수 있으며, 또한 그것에 대응하도록 제1 함수(91), 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)가 정의되는 것에 유의하기 바란다.
도 17은, 전자석 제어 장치(50-2)에 의하여 실행되는 전류값 결정 처리의 일례의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 전류값 결정 처리는, 명령부(22-2)로부터 입력되는 명령값에 기초하여, 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류의 전류값을 결정하는 처리이다. 전류값 결정 처리는 명령부(22-2)로부터 전자석 제어 장치(50-2)에 명령값이 입력될 때마다 반복 실행된다. 도 17에서는, 설명을 단순화하기 위하여, 전류값 및 자속 밀도값의 각각이 0 이상의 범위(즉, 도 16에 나타난 제1 사분면의 범위 내)에서 제어되는 경우를 나타내고 있다. 전류값 결정 처리가 개시되면, 먼저 명령값 취득부(60-2)는 명령부(22-2)로부터 입력된 자속 밀도 명령값을 접수하여, 전류 명령값 In을 산출한다(스텝 S110). 전류 명령값 I의 첨자 「n」은, n번째로 입력된 자속 밀도 명령값에 대응하고 있는 것을 나타내고 있다. 이 전류 명령값 In은, 도 16에 나타난 이상 직선 F0에 기초하여 산출된다.
전류 명령값 In을 산출하면, 명령값 취득부(60-2)는 산출된 전류 명령값 In을 기억부(90)에 기억하고(스텝 S120), 당해 전류 명령값 In을 전류값 결정부(70)에 출력한다. 본 실시 형태에서는, 기억부(90)에 기억된 전류 명령값 In은, 차회 실행되는 전류값 결정 처리가 종료될 때 소거된다.
전류값 결정부(70)는, 입력된 전류 명령값 In이 소자 상태로부터의 자속 밀도의 증가의 명령을 나타내고 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S130). 여기서의 「소자 상태로부터의 자속 밀도의 증가의 명령」에는, 초기 상태(즉, 잔류 자기 없음)로부터의 처음으로 자속 밀도의 증가의 명령과, 초기 상태로부터 한번도 자속 밀도를 감소시키지 않고 단계적으로 자속 밀도를 증가시키는 경우의, 도중 단계의 자속 밀도의 증가의 명령이 포함된다. 이 판단은, 본 실시 형태에서는, 전회 실행된 전류값 결정 처리의 스텝 S120에 의하여 전류 명령값 In-1이 기억되어 있는지의 여부와, 후술하는 함수 플래그에 기초하여 행해진다. 처음으로 전류값 결정 처리가 실행되는 경우, 전류 명령값 In-1은 당연히 기억되어 있지 않다. 또한 본 실시 형태에서는, n회째의 전류값 결정 처리 후에 소자부(85)에 의하여 소자가 실행된 경우, 기억부(90)에 기억된 전류 명령값 In은 소거된다. 이 때문에, 전류값 결정부(70)는, 전류 명령값 In-1이 기억부(90)에 기억되어 있는지의 여부에 기초하여, 입력된 전류 명령값 In이 초기 상태로부터의 처음의 자속 밀도의 증가를 나타내는지의 여부를 판단할 수 있다. 입력된 전류 명령값 In이 도중 단계에서의 자속 밀도의 증가를 나타내는지의 여부에 대해서는, 후술하는 함수 플래그에 의하여 판단할 수 있다. 이 판단에 대해서는 후술한다.
판단 결과, 전류 명령값 In이 소자 상태로부터의 자속 밀도의 증가의 명령을 나타내고 있는 경우(스텝 S130: "예"), 전류값 결정부(70)는 제1 함수(91)를 선택하고, 함수 플래그를 값 1에 설정한다(스텝 S140). 함수 플래그는 기억부(90)에 확보된 플래그 영역에 기입된다. 이 함수 플래그의 사용 방법에 대해서는 후술한다. 이어서, 전류값 결정부(70)는, 제1 함수(91)를 사용하여 전류 보정량 Ic를 결정한다(스텝 S150). 본 실시 형태에서는, 제1 함수(91)는 전류 명령값 I와 전류 보정량 Ic의 대응 관계를 나타내는 함수이다. 이 점은 제2 함수(92) 및 제3 함수(93)에 대해서도 마찬가지이다. 여기서의 전류 보정량 Ic의 결정 방법은 후술한다. 이어서, 전류값 결정부(70)는, 상기 스텝 S110에서 산출한 전류 명령값 In에 전류 보정량 Ic를 가산하여 제어 전류값 In'을 산출한다(스텝 S210). 그리고 전류값 결정부(70)는, 제어 전류값 In'을 기억부(90)에 기억함(스텝 S220)과 함께, 제어 전류값 In'을 드라이버(80)에 출력하고(스텝 S230), 전류값 결정 처리를 종료한다.
한편, 전류 명령값 In이 소자 상태로부터의 자속 밀도의 증가의 명령을 나타내고 있지 않은 경우(스텝 S130: "아니오"), 즉, 계철(42-2)이 착자 상태에 있는 경우, 전류값 결정부(70)는 전류 명령값 In이 전류 명령값 In-1보다도 작은지의 여부를 판단한다(스텝 S160). 전류 명령값 In-1은, 전회 실행된 전류값 결정 처리의 상기 스텝 S120에 있어서, 기억부(90)에 기억되어 있다. 판단 결과, 전류 명령값 In이 전류 명령값 In-1보다도 작은 경우(스텝 S160: "예"), 즉, 자속 밀도를 감소시키는 명령이 입력되어 있는 경우, 전류값 결정부(70)는 제2 함수(92)를 선택하고, 함수 플래그를 값 2에 설정한다(스텝 S170). 이어서, 전류값 결정부(70)는 제2 함수(92)에 기초하여 전류 보정량 Ic를 결정한다(스텝 S180). 여기서의 전류 보정량 Ic의 결정 방법은 후술한다. 그리고 전류값 결정부(70)는 처리를 상기 스텝 S210으로 진행시킨다.
판단 결과, 전류 명령값 In이 전류 명령값 In-1보다도 큰 경우(스텝 S160: "아니오"), 즉, 자속 밀도를 증가시키는 명령이 입력되어 있는 경우, 전류값 결정부(70)는 제3 함수(93)를 선택하고, 함수 플래그를 값 3에 설정한다(스텝 S190). 이어서, 전류값 결정부(70)는 제3 함수(93)에 기초하여 전류 보정량 Ic를 결정한다(스텝 S200). 여기서의 전류 보정량 Ic의 결정 방법은 후술한다. 그리고 전류값 결정부(70)는 처리를 상기 스텝 S210으로 진행시킨다.
도 18 내지 도 23은, 상기 스텝 S150, S180, S200에 있어서의 전류 보정량 Ic의 결정 방법의 구체예를 개념적으로 나타내고 있다. 도 18은, 소자 상태로부터 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내고 있으며, 상기 스텝 S150에 대응하고 있다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 최댓값 Bmax보다도 작은 자속 밀도 명령값 B1이 입력되면, 전자석 제어 장치(50-2)는 이상 직선 F0을 이용하여 전류 명령값 I1을 산출한다(스텝 S110). 도 18에 있어서, 점 P1은 최댓값 Bmax에 상당하는 이상 직선 F0 상의 점이다. 점 P2는 자속 밀도 명령값 B1에 의하여 정해지는 이상 직선 F0 상의 점이며, 전류 명령값 I1에 대응하고 있다. 그리고 전자석 제어 장치(50-2)는 제1 함수(91)를 사용하여 전류 보정량 IC1을 결정하고(스텝 S150), 이것에 전류 명령값 I1을 가산하여 제어 전류값 I'1을 산출한다. 점 P3은 제1 함수 라인 F1 상의 점이며, 자속 밀도 명령값 B1 및 제어 전류값 I'1에 대응하고 있다. 즉, 소자 상태로부터 자속 밀도 명령값 B1까지 자속 밀도를 증가시키는 경우, 전류값은 0으로부터 제1 함수 라인 F1 상의 점 P3에 대응하는 제어 전류값 I'1까지 증가된다. 제1 함수(91)에서는, 이러한 결과가 얻어지도록 전류 명령값 I와 전류 보정량 Ic의 대응 관계가 정의되어 있다.
도 19는, 도 18의 상태로부터 더 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내고 있다. 자속 밀도 명령값 B2(B2>B1)가 입력되면, 전자석 제어 장치(50-2)는 이상 직선 F0을 이용하여 전류 명령값 I2(점 P4에 대응)를 산출한다(스텝 S110). 그리고 전자석 제어 장치(50-2)는 제1 함수(91)를 사용하여 전류 보정량 IC2를 결정하고(스텝 S150), 이것에 전류 명령값 I2를 가산하여 제어 전류값 I'2(점 P5에 대응)를 산출한다. 즉, 입력되는 자속 밀도 명령값이 소자 상태로부터 계속해서 증가하는 한, 제어 전류값 I'은 제1 함수(91)를 계속적으로 사용하여, 제1 함수 라인 F1 상의 점에 대응하는 값으로서 결정된다. 입력되는 자속 밀도 명령값이 소자 상태로부터 계속해서 증가할지의 여부는 함수 플래그를 참조하여 판단할 수 있다. 구체적으로는, 함수 플래그가 값 1에 설정되어 있는 상태에서 전회보다도 큰 자속 밀도 명령값이 입력된 경우에는, 입력되는 자속 밀도 명령값이 소자 상태로부터 계속해서 증가한다고 판단할 수 있다.
도 20은, 착자 상태로부터 자속 밀도를 감소시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내고 있다. 도 19에 나타내는 상태로부터 자속 밀도 명령값 B3(B3 <B2)이 입력되면, 즉, 자속 밀도 명령값이 증가로부터 감소로 전환되면, 전자석 제어 장치(50-2)는 이상 직선 F0을 이용하여 전류 명령값 I3(점 P6에 대응)을 산출한다(스텝 S110). 그리고 전자석 제어 장치(50-2)는 제2 함수(92)에 기초하여 전류 보정량 IC3을 결정하고(스텝 S150), 이것에 전류 명령값 I3을 가산하여 제어 전류값 I'3(점 P7에 대응)을 산출한다. 점 P7은 제2 함수 변환 라인 F2' 상의 점이다. 제2 함수 변환 라인 F2'이 이상 직선 F0보다도 하방에 위치하는 점에서, 전류 보정량 IC3은 마이너스의 값으로서 산출된다.
제2 함수 변환 라인 F2'은 제2 함수 라인 F2가 변환된 라인이다. 구체적으로는, 제2 함수 변환 라인 F2'은 제2 함수 라인 F2와 이상 직선 F0 사이에 위치하도록 변환된 라인이다. 예를 들어 제2 함수 변환 라인 F2'은 이하와 같이 하여 얻을 수 있다. 먼저, 제2 함수 라인 F2가, 점 P1(제2 함수 라인 F2의 원점과 반대측의 단부점)이, 점 P4{자속 밀도(달리 말하면 전류)가 증가로부터 감소로 돌아설 때의 전류 명령값 I에 대응하는 이상 직선 F0 상의 점}에 위치하도록 평행 이동된다. 그리고 도 20에 나타낸 바와 같이, 평행 이동된 제2 함수 라인 F2가 축소된다. 이 때의 축소율은 B2/Bmax이다.
전류 보정량 IC3은, 제어 전류값 I'3이 이러한 제2 함수 변환 라인 F2' 상에 위치하도록 결정된다. 달리 말하면, 제2 함수(92)는, 이러한 결과가 얻어지도록 변환된 후에 사용된다. 이러한 제2 함수(92)의 변환은, 제2 함수의 각 항(예를 들어 1차 함수의 경우에는 1차 항 및 상수 항) 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱함으로써 행할 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 제2 함수(92)이 구간마다 정의되는 경우에는 이 구간도 축소된다.
도 21은, 착자 상태로부터 자속 밀도를 감소시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념의 다른 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 도 20에 나타낸 제2 함수 변환 라인 F2' 대신 제2 함수 변환 라인 F2''이 사용된다. 제2 함수 변환 라인 F2''은 이하와 같이 하여 얻어진다. 먼저, 제2 함수 라인 F2가, 점 P1이, 점 P5(자속 밀도가 증가로부터 감소로 돌아설 때의 자속 밀도 B2에 대응하는 제1 함수 라인 F1 상의 점)에 위치하도록 평행 이동된다. 그리고 평행 이동된 제2 함수 라인 F2가 축소된다. 여기서의 축소율은 B2/Bmax이다. 이와 같이, 자속 밀도가 증가로부터 감소로 돌아설 때의 자속 밀도 B2에 대응하는 제1 함수 라인 F1 상의 점에 일 단부가 위치하는 제2 함수 변환 라인 F2''을 사용함으로써, 자속 밀도의 보정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 20 (또는 도 21)에 나타낸 상태 후, 입력되는 자속 밀도 명령값이 계속해서 감소하는 한, 제어 전류값 I'은, 동일한 함수{상술한 변환된 제2 함수(92)}를 사용하여, 제2 함수 변환 라인 F2'(또는 제2 함수 변환 라인 F2'') 상의 점에 대응하는 값으로서 결정된다. 입력되는 자속 밀도 명령값이 착자 상태로부터 계속해서 감소할지의 여부는 함수 플래그를 참조하여 판단할 수 있다. 구체적으로는, 함수 플래그가 값 2에 설정되어 있는 상태에서, 전회보다도 작은 자속 밀도 명령값이 입력된 경우에는, 입력되는 자속 밀도 명령값이 착자 상태로부터 계속해서 감소한다고 판단할 수 있다. 또한 자속 밀도 명령값이 점 P1에 도달한 후에 자속 밀도 명령값이 증가로부터 감소로 전환되는 경우에는, 제2 함수 변환 라인 F2'(또는 제2 함수 변환 라인 F2'')이 아니라 제2 함수 라인 F2 상에 제어 전류값 I'이 위치하도록 제어 전류값 I'이 결정된다.
도 22는, 착자 상태로부터 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념을 나타내고 있다. 도 20에 나타내는 상태로부터 자속 밀도 명령값 B4(B4>B3)가 입력되면, 즉, 착자 상태에 있어서 자속 밀도 명령값이 감소로부터 증가로 다시 전환되면, 전자석 제어 장치(50-2)는 이상 직선 F0을 이용하여 전류 명령값 I4(점 P8에 대응)를 산출한다(스텝 S110). 착자 상태에 있어서 자속 밀도 명령값이 감소로부터 증가로 다시 전환될지의 여부는 함수 플래그를 참조하여 판단할 수 있다. 구체적으로는, 함수 플래그가 값 2에 설정되어 있는 상태에서 전회보다도 큰 자속 밀도 명령값이 입력된 경우에는, 착자 상태에 있어서 자속 밀도 명령값이 감소로부터 증가로 다시 전환된다고 판단할 수 있다.
그리고 전자석 제어 장치(50-2)는 제3 함수(93)에 기초하여 전류 보정량 IC4를 결정하고(스텝 S150), 이것에 전류 명령값 I4를 가산하여 제어 전류값 I'4(점 P9에 대응)을 산출한다. 점 P9는 제3 함수 변환 라인 F3' 상의 점이다. 제3 함수 변환 라인 F3'이 이상 직선 F0보다도 하방에 위치하는 점에서, 전류 보정량 IC4는 마이너스의 값으로서 산출된다.
제3 함수 변환 라인 F3'은 제3 함수 라인 F3이 변환된 라인이다. 예를 들어 제3 함수 변환 라인 F3'은 이하와 같이 하여 얻을 수 있다. 먼저, 제1 함수 라인 F1 및 제3 함수 라인 F3이, 제1 함수 라인 F1의 원점측의 단부점이, 점 P6{자속 밀도(달리 말하면 전류)가 감소로부터 증가로 돌아설 때의 전류 명령값 I에 대응하는 이상 직선 F0 상의 점}에 위치하도록 평행 이동된다. 그리고 도 22에 나타낸 바와 같이, 평행 이동된 제1 함수 라인 F1 및 제3 함수 라인 F3이 축소된다. 여기서의 축소율은 (Bmax-B3)/Bmax이다. 이와 같이 하여 축소된 제1 함수 라인 F1 및 제3 함수 라인 F3 중의, 축소된 제3 함수 라인 F3이 제3 함수 변환 라인 F3'이다. 또한 도 22에 나타내는 예에서는, 제3 함수 변환 라인 F3'의 전체가 이상 직선 F0보다도 하방에 위치하고 있지만, 제3 함수 라인 F3의 형상에 따라서는, 제3 함수 변환 라인 F3'의 일부분은 이상 직선 F0보다도 상방에 위치하는 경우도 있다.
전류 보정량 IC4는, 제어 전류값 I'4가 이러한 제3 함수 변환 라인 F3' 상에 위치하도록 결정된다. 달리 말하면, 제3 함수(93)는 이러한 결과가 얻어지도록 변환된 후에 사용된다. 이러한 제3 함수(93)의 변환은, 제3 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱함으로써 행할 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 제3 함수(93)가 구간마다 정의되는 경우에는 이 구간도 축소된다.
도 23은, 착자 상태로부터 자속 밀도를 증가시키는 경우에 전류값을 결정하는 개념의 다른 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 도 22에 나타낸 제3 함수 변환 라인 F3' 대신 제3 함수 변환 라인 F3''이 사용된다. 또한 도 23에서는, 도 21에 나타낸 점 P7에 있어서, 자속 밀도가 감소로부터 증가로 돌아서는 경우를 나타내고 있다. 제3 함수 변환 라인 F3''은 이하와 같이 하여 얻어진다. 먼저, 제3 함수 라인 F3의 원점측의 단부점이 점 P7(자속 밀도가 감소로부터 증가로 돌아설 때의 제2 함수 변환 라인 F2''상의 점)에 위치하도록 제3 함수 라인 F3이 평행 이동된다. 그리고 평행 이동된 제3 함수 라인 F3이 축소된다. 여기서의 축소율은 (Bmax-B3)/Bmax이다. 이와 같이, 자속 밀도가 감소로부터 증가로 돌아설 때의 자속 밀도 B3에 대응하는 제2 함수 변환 라인 F2''상의 점에 일 단부가 위치하는 제3 함수 변환 라인 F3''을 사용함으로써, 자속 밀도의 보정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 22(또는 도 23)에 나타낸 상태 후, 착자 상태에 있어서, 입력되는 자속 밀도 명령값이 계속해서 증가하는 한, 제어 전류값 I'은, 동일한 함수{상술한 변환된 제3 함수(93)}를 사용하여, 제3 함수 변환 라인 F3'(또는 제3 함수 변환 라인 F3')' 상의 점에 대응하는 값으로서 결정된다. 착자 상태에 있어서 자속 밀도 명령값이 계속해서 증가할지의 여부는 함수 플래그를 참조하여 판단할 수 있다. 구체적으로는, 함수 플래그가 값 3으로 설정되어 있는 상태에서 전회보다도 큰 자속 밀도 명령값이 입력된 경우에는, 착자 상태에 있어서 자속 밀도 명령값이 계속해서 증가한다고 판단할 수 있다. 또한 자속 밀도가 다시 감소로 돌아서는 경우(함수 플래그에 의하여 판단할 수 있음)에는, 도 20 및 도 21에 나타낸 것과 마찬가지로, 제2 함수 라인 F2가 변환된 라인 상에 제어 전류값 I'이 위치하도록 제어 전류값 I'이 결정된다. 또한 자속 밀도 명령값이 제2 함수 라인 F2의 최솟값(x축 상의 점)에 도달한 후에 자속 밀도 명령값이 감소로부터 증가로 전환되는 경우에는, 제3 함수 변환 라인 F3', F3''이 아니라 제3 함수 라인 F3 상에 제어 전류값 I'이 위치하도록 제어 전류값 I'이 결정된다. 설명은 생략하지만, 제2 내지 제4 사분면의 각각에 있어서도 제1 사분면과 마찬가지로 하여 제어 전류값 I'이 결정된다.
이상 설명한 플라스마 처리 시스템(20-2)에 의하면, 3개의 함수(91, 92, 93)를 코일(41-2)에의 전류의 인가 이력에 따라 구분하여 사용하여, 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류를 제어함으로써, 전류 인가의 이력에 관계없이, 히스테리시스에 기인하는 잔류 자기의 영향을 저감할 수 있다. 즉, 자속 밀도 명령값과, 코일(41-2)에 전류를 흐르게 함으로써 실제로 얻어지는 자속 밀도값을 종래보다도 고정밀도로 일치시킬 수 있다. 그 결과, 동일한 플라스마 처리 시스템(20-2)에 있어서의 프로세스 사용 조건의 재현성의 향상, 또는 동일한 사양의 플라스마 처리 시스템(20-2)끼리 간의 개체 차를 저감할 수 있다. 게다가 계철(42-2)이 갖는 히스테리시스의 크기에 관계없이, 자속 밀도 명령값과 실제로 얻어지는 자속 밀도값을 고정밀도로 일치시킬 수 있다. 이 때문에, 계철(42-2)에 히스테리시스가 작은 재료를 사용하지 않아도 된다. 그 결과, 용이하게 입수할 수 있는 저렴한 재료를 계철(42-2)에 사용할 수 있다. 즉, 플라스마 처리 시스템(20-2)의 비용, 및 플라스마 처리 시스템(20-2)의 발주로부터 납품까지 요하는 시간을 저감할 수 있다.
또한 3개의 함수(91, 92, 93)는 구분 선형 함수로서 설정되므로, 마이너 루프 계산을 위한 대규모의 수치 해석을 행하지 않고 자속 밀도를 허용 범위 내의 정밀도로 제어할 수 있다. 달리 말하면, 연산 부하의 저감과 자속 밀도의 제어 정밀도의 확보를 양립시킬 수 있다.
또한 소자부(85)에 의하여 소자를 행한 후에는 제1 함수(91)를 사용하여 코일(41-2)에 흐르게 하는 전류(제어 전류값 I')을 결정할 수 있다. 소자 상태로부터 자속 밀도를 증감시키는 경우에는, 제어 전류값 I'을 산출하기 위하여 제1 함수(91)의 변환을 행할 필요가 없다. 이 경우, 착자 상태로부터 자속 밀도를 증감시키는 경우, 즉, 함수(92, 93)를 변환한 함수를 사용하여 제어 전류값 I'을 결정하는 경우(반드시 변환을 행할 필요는 없지만 자속 밀도의 제어 정밀도를 높이기 위하여 변환을 행하는 것이 바람직함)보다도 단순히 행할 수 있다. 따라서 소정의 타이밍에 소자를 행함으로써, 전자석 제어 장치(50-2)에 있어서의 연산 부하를 저감할 수 있다. 소정의 타이밍은, 연산 부하의 저감과, 플라스마 처리 시스템(20-2)의 스루풋의 균형을 고려하여 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어 소자부(85)는 플라스마 처리 시스템(20-2)의 기동 시에만 소자를 실시해도 된다. 또는 그 대신, 또는 추가하여, 소자부(85)는 플라스마 에칭 장치(21-2)에 있어서 처리 대상물의 처리에 대하여 대기 시간이 발생한 경우에 소자를 실시해도 된다.
또한 착자 상태로부터 자속 밀도를 증감시키는 경우에, 기억된 함수(92, 93)를 변환하여 간이적인 근사를 행함으로써, 전류 인가의 이력에 따라 자속 밀도의 제어 정밀도를 소정의 범위 내에 확보할 수 있다. 따라서 전자석 제어 장치(50-2)에 있어서의 연산 부하를 저감할 수 있다. 특히 자속 밀도 명령값이 증가로부터 감소로 돌아서는 경우, 또는 그 반대의 경우에는 함수(92, 93)가 재변환되므로, 자속 밀도의 제어 정밀도가 충분히 확보된다.
B. 제5 실시 형태:
본 발명의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다. 제5 실시 형태로서의 플라스마 처리 시스템(20-2)은 전자석(40-2) 대신 전자석(240)을 구비하고 있다. 이하, 제5 실시 형태에 대하여, 제4 실시 형태와 상이한 점에 대해서만 설명한다. 제5 실시 형태의 언급하지 않는 구성에 대해서는 제4 실시 형태와 마찬가지이다. 도 24에 도시한 바와 같이, 전자석(240)은 4개의 코일(241a 내지 241d)과 계철(242)을 구비하고 있다. 코일의 수는 4개에 한정되는 것은 아니며, 2 이상의 임의의 수로 할 수 있다. 코일(241a 내지 241d)은 상면에서 보아 원형을 갖고 있으며, 동심상으로 배치되어 있는데, 도 24에서는, 원의 중심에 대하여 편측만을 도시하고 있다. 전자석(240)에서는, 4개의 코일(241a 내지 241d)로부터 소정 거리만큼 떨어진 측정점 M1 내지 M4에 있어서 원하는 자속 밀도가 얻어지도록, 코일(241a 내지 241d)에 흐르게 하는 전류가 제어된다. 측정점 M1 내지 M4는 각각 코일(241a 내지 241d)에 대응하고 있다. 전류값 결정부(70)는, 코일(241a 내지 241d)의 각각에 의하여 발생하는 자계의 영향을 반영하여, 코일(241a 내지 241d)에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된다. 달리 말하면 전류값 결정부(70)는, 하나의 코일에 대응하는 측정점에 있어서 얻어져야 하는 자속 밀도로부터, 다른 코일로부터 당해 측정점에 미치는 자속 밀도를 차감한 자속 밀도가, 당해 측정점에 있어서 당해 하나의 코일로부터 얻어지도록, 코일(241a 내지 241d)에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된다.
본 실시 형태에서는, 코일(241a 내지 241d)은 서로 독립된 자로를 형성한다. 이들 자로를 형성하는 자계가 각 측정점 M1 내지 M4에서 얻어지는 자속 밀도에 미치는 영향을 고려하기 위하여, 함수(91, 92, 93)가 변환되어 사용된다. 도 25는, 코일(241a)에 대응하는 측정점 M1에 있어서의 코일(241b 내지 241d)에 의한 자계의 영향을 보정하는 개념을 나타내고 있다. 측정점 M1에 있어서, 코일(241b 내지 241d)에 의한 자계의 영향은, 함수 라인 군 C2 내지 C4를 사용하여 고려된다. 함수 라인 군 C2 내지 C4는 각각, 히스테리시스의 영향을 고려한 경우의, 코일(241b 내지 241d)에 흐르는 전류와, 그것에 의하여 측정점 M1에서 얻어지는 자계의 관계를 나타내고 있다. 함수 라인 군 C2는 코일(241b)에, 함수 라인 군 C3은 코일(241c)에, 함수 라인 군 C4는 코일(241d)에 각각 대응하고 있다. 이들 함수 라인 군 C2 내지 C4는, 개념적으로는 도 16에 나타낸 함수(91, 92, 93)에 대응하는 함수 라인 F1 내지 F3을 축소 및 회전시킨 것이다. 측정점 M1로부터 코일(241b, 241c, 241d)까지의 거리는 코일(241b, 241c, 241d)의 순으로 멀어지므로, 함수 라인 군 C2 내지 C4는 동일한 전류값에 대하여 함수 라인 군 C2, C3, C4의 순으로 자속 밀도가 작아지도록 설정되어 있다. 마찬가지로, 히스테리시스의 영향도 함수 라인 군 C2, C3, C4의 순으로 작아진다(함수 라인 군을 구성하는 각 함수 라인과 이상 직선의 거리도 작아짐).
도 26은, 코일(241b)에 대응하는 측정점 M2에 있어서의 코일(241a, 241c, 241d)에 의한 자계의 영향을 보정하는 개념을 나타내고 있다. 측정점 M2로부터 코일(241d)까지의 거리는 측정점 M2로부터 코일(241a, 241c)까지의 거리와 비교하여 멀므로, 함수 라인 군 C4는 동일한 전류값에 대하여 함수 라인 군 C1, C3보다도 자속 밀도가 작아지도록 설정되어 있다.
도 27은, 코일(241c)에 대응하는 측정점 M3에 있어서의 코일(241a, 241b, 241d)에 의한 자계의 영향을 보정하는 개념을 나타내고 있다. 측정점 M3으로부터 코일(241a)까지의 거리는 측정점 M3으로부터 코일(241b, 241d)까지의 거리와 비교하여 멀므로, 함수 라인 군 C1은 동일한 전류값에 대하여 함수 라인 군 C2, C4보다도 자속 밀도가 작아지도록 설정되어 있다.
도 28은, 코일(241d)에 대응하는 측정점 M4에 있어서의 코일(241a, 241b, 241c)에 의한 자계의 영향을 보정하는 개념을 나타내고 있다. 측정점 M4로부터 코일(241a, 241b, 241c)까지의 거리는 코일(241c, 241b, 241a)의 순으로 멀어지므로, 함수 라인 군 C1 내지 C3은 동일한 전류값에 대하여 함수 라인 군 C3, C2, C1의 순서대로 자속 밀도가 작아지도록 설정되어 있다.
상술한 함수 라인 군 C1 내지 C4는, 각 측정점 M1 내지 M4에 대하여, 대응하는 하나의 코일을 제외한 3개의 코일로부터의 영향을 미리 실측하고, 그 결과를 소정의 함수에 근사함으로써 정해진다. 이러한 함수 라인 군 C1 내지 C4에 대응하는 함수는, 함수(91, 92, 93)를 변환함으로써 근사적으로 얻어진다.
이와 같이 함수(91, 92, 93)를 변환함으로써 얻어진 함수는, 대상의 측정점에 대하여 가산되어 사용된다. 예를 들어 측정점 M1에 있어서 원하는 자속 밀도가 얻어지도록 코일(241a)에 흐르게 하는 전류값을 제어하는 경우에는, 제4 실시 형태에서 설명한 바와 같이 얻어지는 함수(91) 그 자체, 또는 함수(92, 93)를 변환한 함수와, 도 25에 나타나는 3개의 함수 라인에 대응하는 변환된 3개의 함수를 가산하여 얻어진 함수를 사용하여, 제어 전류값 I'이 결정된다. 이상과 같이, 미리 파악된 각 코일의 자계 영향을 나타내는 함수를 가산함으로써, 코일(241b 내지 241d)에 의하여 발생하는 자계의 영향을 반영하여, 코일(241a)에 흐르게 하는 전류를 고정밀도로 결정할 수 있다. 게다가 각 코일의 자계 영향을 나타내는 함수를, 함수(91, 92, 93)를 변환하여 근사적으로 취득함으로써, 유한한 기억부(90)의 기억 용량을 저감할 수 있다.
C. 제6 실시 형태
본 발명의 제6 실시 형태에 대하여 설명한다. 제6 실시 형태로서의 플라스마 처리 시스템(20-2)은, 제5 실시 형태와 마찬가지의 구성을 구비하고 있다. 제6 실시 형태가 제5 실시 형태와 상이한 점은, 코일(241a 내지 241d)의 적어도 2개가 동일한 자로를 형성하는 경우에, 그것에 의한 자계의 상호 간섭을 반영하여, 코일(241a 내지 241d)에 흐르게 하는 전류를 결정하는 점이다. 이하, 이 점에 대해서만 설명한다.
도 29a에 나타낸 바와 같이, 코일(241a 내지 241d)의 각각에 대하여 다른 코일로부터의 영향을 반영하기 위한 함수 A 내지 L(이들 함수의 적어도 일부는 계수로 치환되어도 됨)이 설정된다. 예를 들어 코일(241a)의 행과 코일(241b)의 열로 정해지는 난에 기재되어 있는 함수 A는, 코일(241a)에 대응하는 측정점 M1에서의 코일(241b)의 영향을 반영하기 위한 함수이다. 함수 A 내지 L은 실측값에 기초하여 미리 근사적으로 설정된다. 그리고 도 29b에 나타나는 행렬식에 의하여, 제어 전류값 I'{제4 실시 형태에 있어서 함수(91, 92, 93)에 기초하여 보정된 전류값}이 또한 보정 전류 제어값 I''에 보정된다. 도 29b에 있어서, 첨자 a 내지 d는 각각 코일(241a 내지 241d)에 대응하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 코일(241a 내지 241d) 중 적어도 2개가 동일한 자로를 형성하는 것에 의한 상호 간섭을 반영하여 자속 밀도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
D: 제7 실시 형태:
본 발명의 제7 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 30은, 제7 실시 형태로서의 플라스마 처리 시스템(320)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 30에 있어서, 제4 실시 형태(도 14 참조)와 동일한 구성 요소에는 도 14와 동일한 부호를 붙이고 있다. 이하에서는, 플라스마 처리 시스템(320)에 대하여, 제4 실시 형태와 상이한 점에 대해서만 설명한다. 도 30에 도시한 바와 같이, 플라스마 처리 시스템(320)은 전자석 시스템(30-2) 대신 전자석 시스템(330)을 구비하고 있다. 전자석 시스템(330)은 전자석(40-2)과 전자석 제어 장치(350)와 센서(345)를 구비하고 있다.
센서(345)는, 코일(41-2)에 의하여 발생하는 자장의 자속 밀도를 검출한다. 전자석(40-2)이 제5 실시 형태와 같이 복수의 코일을 구비하고 있는 경우에는, 센서(345)는 각각의 코일마다 설치된다. 센서(345)는, 도 24에 도시한 측정점 M1 내지 M4에 배치되어도 되고, 이들 측정점 이외의 장소에 배치되어도 된다. 예를 들어 센서(345)는 철심 내 또는 챔버의 임의의 공간 내에 배치되어도 된다. 이 경우, 센서(345)의 검출값으로부터 측정점 M1 내지 M4에 있어서의 자속 밀도값이 추정 계산된다. 전자석 제어 장치(350)는 명령값 취득부(60-2), 전류값 결정부(70), 드라이버(80) 및 기억부(90)에 추가하여, 보상부(385)를 구비하고 있다. 보상부(385)는, 센서(345)에 의하여 검출된 자속 밀도와, 명령부(22-2)로부터 입력되는 자속 밀도 명령값의 차분에 기초하여, 당해 차분이 작아지도록(이상적으로는 거의 0으로 되도록) 제어 전류값 I'을 보상한다. 보상부(385)의 출력은 제어 전류값 I'에 가산되고, 이 가산값이 드라이버(80)에 입력된다. 이러한 구성에 의하면, 피드백 제어에 의하여 자속 밀도를 더 고정밀도로 제어할 수 있다.
E: 변형예:
E-1. 변형예 1:
상술한 플라스마 처리 시스템(20-2, 320)에 있어서, 외부{본 실시 형태에서는 명령부(22-2)}로부터 입력되는 명령값은 자속 밀도 명령값에 한정되지 않는다. 예를 들어 명령부(22-2)에 있어서, 자속 밀도 명령값이 전류 명령값 I로 변환되고, 전류 명령값 I가 명령값 취득부(60-2)에 입력되어도 된다. 명령값 취득부(60-2)가 취득하는 정보는, 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 임의의 정보여도 된다.
또한 함수(91, 92, 93)는, 전류 명령값 I와 전류 보정량 Ic의 대응 관계를 나타내는 함수에 한정되지 않는다. 함수(91, 92, 93)는, 자속 밀도 명령값에 대응하는 제어 전류값 I'을 최종적으로 도출할 수 있는 임의의 파라미터의 대응 관계를 나타내는 함수여도 된다. 예를 들어 함수(91, 92, 93)는 자속 밀도와 전압의 대응 관계를 나타내고 있어도 된다. 또는 함수(91, 92, 93)는 자속 밀도와 전류의 관계를 나타내는 함수여도 된다. 이 경우, 함수(91, 92, 93)는 자속 밀도 명령값과 전류 보정량 Ic의 관계를 나타내는 함수여도 된다. 또는 함수(91, 92, 93)는 자속 밀도 명령값과 제어 전류값 I'의 관계를 나타내는 함수여도 된다. 이와 같이 자속 밀도와 전류를 대응 지은 함수를 사용하면, 다른 파라미터에의 변환을 필요로 하지 않고, 원하는 자속 밀도로부터 제어 전류값 I'을 직접적으로 결정할 수 있다. 따라서 전자석 제어 장치(50-2)에 있어서의 연산 부하를 저감할 수 있다.
E-2. 변형예 2:
상술한 플라스마 처리 시스템(20-2, 320)에 있어서, 전류값 결정부(70)는, 명령값 취득부(60-2)가 새로운 자속 밀도 명령값을 취득한 경우에, 전회 취득한 자속 밀도 명령값과 새로이 취득한 자속 밀도 명령값의 변화 폭에 따라, 제1 함수(91), 제2 함수(92) 또는 제3 함수(93)의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정해도 된다. 이 경우, 소정의 계수는 실측에 기초하여 미리 설정되는 것인데, 변화 폭이 클수록 작게 설정된다. 또한 플라스마 처리 시스템(320)에 있어서, 전류값 결정부(70)는, 명령값 취득부(60-2)가 새로운 자속 밀도 명령값을 취득한 경우에, 전회 취득한 자속 밀도 명령값과 새로이 취득한 자속 밀도 명령값의 변화 폭에 따라, 제1 함수(91), 제2 함수(92) 또는 제3 함수(93)에 대하여, 소정의 함수의 승산 및 가산 중 적어도 한쪽을 실시한 함수를 사용하여, 코일(241a 내지 241d)에 흐르게 하는 전류의 값을 결정해도 된다. 소정의 함수는 실측에 기초하여 미리 설정된다. 잔류 자기는 자속 밀도값(달리 말하면 전류값)의 변화 폭에 따라 변화되는데, 이들 구성에 의하면, 이러한 변화를 반영할 수 있도록 소정의 계수를 설정함으로써 자속 밀도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
상술한 실시 형태는 적어도 이하의 기술적 사상을 포함한다.
본 발명의 제1 측면에 관한 전자석 장치는, 플라스마 처리 장치에 사용되는 전자석 장치이며, 전방면에 환상의 홈을 갖는 요크와, 상기 홈에 배치되는 환상의 코일과, 상기 코일을 내포하도록 설치되고, 상기 코일을 상기 요크에 대하여 고정하고 또한 전열하기 위한 수지를 갖고, 상기 요크의 상기 홈의 외주면과, 상기 코일의 직경 방향 외측에 설치된 상기 수지 사이에 간극이 마련된다.
본 발명의 제2 측면에 관한 전자석 장치는, 제1 측면의 전자석 장치에 있어서, 상기 코일은 상기 홈의 내부에 수납된다.
본 발명의 제3 측면에 관한 전자석 장치는, 제1 측면 또는 제2 측면의 전자석 장치에 있어서, 상기 코일은, 상기 코일의 폭 방향 중앙부가 상기 홈의 폭 방향 중앙보다 직경 방향 내측에 위치하도록 상기 홈에 배치된다.
본 발명의 제4 측면 형태에 관한 전자석 장치는, 제1 측면 내지 제3 측면 중 어느 하나의 전자석 장치에 있어서, 상기 코일은, 상기 코일의 깊이 방향 중앙부가 상기 홈의 깊이 방향 중앙보다 저부측에 위치하도록 상기 홈에 배치된다.
본 발명의 제5 측면에 관한 전자석 장치는, 제1 측면 내지 제4 측면 중 어느 하나의 전자석 장치에 있어서, 상기 수지는 내열성 및 열전도성이 양호한 수지이다.
본 발명의 제6 측면에 관한 전자석 장치는, 제1 측면 내지 제5 측면 중 어느 하나의 전자석 장치에 있어서, 상기 홈의 내주면의 적어도 일부는, 상기 홈의 깊이가 깊어지는 것에 따라 상기 홈의 폭이 넓어지도록 형성된 테이퍼면을 갖는다.
본 발명의 제7 측면에 관한 전자석 장치는, 제1 측면 내지 제6 측면 중 어느 하나의 전자석 장치에 있어서, 상기 코일에 통전하기 위한 배선을 갖고,
상기 요크는, 상기 홈 내부와 배면측을 관통하는 관통 구멍을 갖고, 상기 배선은 상기 관통 구멍을 통과하도록 설치된다.
본 발명의 제8 측면에 관한 전자석 장치는, 제1 측면 내지 제7 측면 중 어느 하나의 전자석 장치에 있어서, 상기 요크의 배면측에 배치되는 냉각 플레이트를 갖는다.
본 발명의 제9 측면에 관한 전자석 장치는, 제8 측면의 전자석 장치에 있어서, 상기 요크의 배면과 상기 냉각 플레이트 사이에 배치되는 전열 시트를 갖는다.
본 발명의 제1 내지 제9 측면에 관한 전자석 장치에 의하면, 요크의 변형이 억제된, 고정밀도로 공간 자장 분포를 제어 가능한 전자석 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 제1 내지 제9 측면에 관한 전자석 장치에 의하여, 콤팩트하고 에너지 절약적인(코일 발열이 적은) 전자석 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 제10 측면에 관한 전자석 제어 장치는, 전자석의 여자 코일에 공급하는 전류를 제어하는 전자석 제어 장치이며, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 하기 위한 드라이버와, 상기 여자 코일에 흐르는 전류값을 나타내는 신호를 취득하는 전류값 취득부와, 상기 여자 코일에 흐르는 전류를 제어하는 전류 제어부를 갖고, 상기 전류 제어부는, 상기 여자 코일의 저항값에 기초하여, 미리 설정된 목표 전류값의 전류를 상기 여자 코일에 흐르게 하기 위한 출력 전압 명령값을 산출하는 출력 전압 명령값 산출부와, 상기 목표 전류값과, 상기 전류값 취득부에 의하여 취득된 신호가 나타내는 전류값의 전류 편차를 산출하는 전류 편차 산출부와, 상기 출력 전압 명령값에 상기 전류 편차를 가산하는 가산부를 갖고, 상기 전류 제어부는, 상기 전류 편차가 가산된 출력 전압 명령값을 상기 드라이버에 송신하도록 구성된다.
본 발명의 제11 측면에 관한 전자석 제어 장치는, 제10 측면의 전자석 제어 장치에 있어서, 상기 전류 제어부는, 소정 조건에 있어서의 상기 여자 코일의 저항값을 저장하는 메모리부를 갖고, 상기 출력 전압 명령값 산출부는, 상기 메모리부에 저장된 저항값에 기초하여 상기 출력 전압 명령값을 산출한다.
본 발명의 제12 측면에 관한 전자석 제어 장치는, 제10 측면의 전자석 제어 장치에 있어서, 상기 여자 코일의 온도를 나타내는 신호를 취득하는 온도 취득부를 갖고, 상기 출력 전압 명령값 산출부는, 상기 온도 취득부가 취득한 신호가 나타내는 상기 여자 코일의 온도에 기초하여 상기 여자 코일의 저항값을 산출하는 코일 저항값 산출부를 갖고, 상기 출력 전압 명령값 산출부는, 상기 코일 저항값 산출부가 산출한 상기 여자 코일의 저항값에 기초하여 상기 출력 전압 명령값을 산출한다.
본 발명의 제13 측면에 관한 전자석 제어 장치는, 제12 측면의 전자석 제어 장치에 있어서, 상기 여자 코일의 온도를 검출하는 온도 검출기를 갖고, 상기 온도 검출기는, 상기 검출한 온도를 나타내는 신호를 상기 온도 취득부에 송신하도록 구성된다.
본 발명의 제14 측면에 관한 전자석 제어 장치는, 제10 측면 내지 제13 측면 중 어느 하나의 전자석 제어 장치에 있어서, 상기 여자 코일에 흐르는 전류값을 검출하는 전류 검출기를 갖고, 상기 전류 검출기는, 상기 검출한 전류값을 나타내는 신호를 상기 전류값 취득부에 송신하도록 구성된다.
본 발명의 제15 측면에 관한 전자석은, 제10 측면 내지 제14 측면 중 어느 하나에 기재된 전자석 제어 장치에 의하여 제어되는 전자석이다.
본 발명의 제16 측면에 관한 전자석의 제어 방법은, 전자석의 여자 코일에 공급하는 전류를 제어하는 전자석의 제어 방법이며, 상기 여자 코일의 저항값에 기초하여, 목표 전류값의 전류를 상기 여자 코일에 흐르게 하기 위한 출력 전압 명령값을 산출하는 공정과, 상기 산출된 출력 전압 명령값에 기초하여 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 하는 공정과, 상기 여자 코일에 흐르는 전류값을 나타내는 신호를 취득하는 공정과, 상기 목표 전류값과, 상기 취득된 신호가 나타내는 전류값의 전류 편차를 산출하는 공정과, 상기 산출된 출력 전압 명령값에 상기 전류 편차를 가산하는 공정과, 상기 전류 편차가 가산된 출력 전압 명령값에 기초하여 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 하는 공정를 갖는다.
본 발명의 제17 측면에 관한 전자석의 제어 방법은, 제16 측면의 전자석의 제어 방법에 있어서, 상기 출력 전압 명령값을 산출하는 공정은, 소정 조건에 있어서의 상기 여자 코일의 저항값에 기초하여 상기 출력 전압 명령값을 산출한다.
본 발명의 제18 측면에 관한 전자석의 제어 방법은, 제16 측면의 전자석의 제어 방법에 있어서, 상기 여자 코일의 온도를 나타내는 신호를 취득하는 공정과, 상기 취득된 신호가 나타내는 상기 여자 코일의 온도에 기초하여 상기 여자 코일의 저항값을 산출하는 공정을 갖고, 상기 출력 전압 명령값을 산출하는 공정은, 상기 산출된 상기 여자 코일의 저항값에 기초하여 상기 출력 전압 명령값을 산출한다.
본 발명의 제10 내지 18 측면에 관한 전자석 제어 장치, 전자석, 또는 전자석의 제어 방법에 의하면, 전자석에 흐르는 전류를 명령값에 근접시킬 수 있는 전자석 제어 장치 및 전자석 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 제10 내지 18 측면에 관한 전자석 제어 장치, 전자석, 또는 전자석의 제어 방법에 의하면, 여자 코일의 저항값에 기초하여, 미리 설정된 목표 전류값의 전류를 여자 코일에 흐르게 하기 위한 출력 전압 명령값을 산출하고, 이 출력 전압 명령값을 드라이버에 송신할 수 있으므로, 목표 전류값에의 도달 시간을 짧게 할 수 있음과 함께 제어 정밀도를 종래보다 높게 할 수 있다(목표 전류값과 실제 전류값의 편차를 작게 할 수 있음). 나아가, 고정밀도의 A/D 변환기나 D/A 변환기가 불필요해지므로 장치의 비용을 저감할 수 있다.
또한 본 발명의 제10 내지 18 측면에 관한 전자석 제어 장치, 전자석, 또는 전자석의 제어 방법에 의하면, 여자 코일의 온도를 나타내는 신호를 취득하도록 구성되므로, 제어 대상인 여자 코일의 저항값이 온도에 의하여 크게 변동되더라도 코일 저항값을 정확히 추정할 수 있어, 여자 코일에 인가하는 전류를 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명의 제19 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 계철과 코일을 갖는 전자석의 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위한 전자석 제어 장치가 제공된다. 이 전자석 제어 장치는, 코일에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 자속 밀도의 목표값에 상당하는 자속 밀도 명령값, 또는 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 정보를 취득하도록 구성된 명령값 취득부와, 자속 밀도 명령값에 기초하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 전류값 결정부를 구비하고 있다. 전류값 결정부는, 계철의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제1 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제1 처리와, 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에, 제2 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제2 처리와, 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제3 함수에 기초하여 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제3 처리를 실행하도록 구성된다.
이러한 전자석 제어 장치에 의하면, 3개의 함수를 전류 인가의 이력에 따라 구분하여 사용하여, 코일에 흐르게 하는 전류를 제어함으로써, 전류 인가의 이력에 관계없이, 히스테리시스에 기인하는 잔류 자기의 영향을 저감하여, 자속 밀도 명령값과, 코일에 전류를 흐르게 함으로써 실제로 얻어지는 자속 밀도값을 종래보다도 고정밀도로 일치시킬 수 있다. 그 결과, 당해 전자석 제어 장치를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 동일한 플라스마 처리 장치에 있어서의 프로세스 사용 조건의 재현성의 향상, 또는 동일한 사양의 플라스마 처리 장치끼리 간의 개체 차를 저감할 수 있다. 게다가 계철이 갖는 히스테리시스의 크기에 관계없이, 자속 밀도 명령값과 실제로 얻어지는 자속 밀도값을 고정밀도로 일치시킬 수 있다. 이 때문에, 계철에 히스테리시스가 작은 재료를 사용하지 않아도 된다. 그 결과, 용이하게 입수할 수 있는 저렴한 재료를 계철에 사용할 수 있다. 즉, 전자석 제어 장치의 비용, 및 전자석 제어 장치의 발주로부터 납품까지 요하는 시간을 저감할 수 있다.
본 발명의 제20 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제19 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 제1 함수, 제2 함수 및 제3 함수는 자속 밀도와 전류의 관계를 나타내는 함수이다. 이러한 형태에 의하면, 다른 파라미터에의 변환을 필요로 하지 않고, 원하는 자속 밀도로부터, 코일에 흐르게 하는 전류를 직접적으로 결정할 수 있다. 따라서 전자석 제어 장치에 있어서의 연산 부하를 저감할 수 있다.
본 발명의 제21 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제19 또는 제20 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 제1 함수, 제2 함수 및 제3 함수는 선형 함수이다. 이러한 형태에 의하면, 히스테리시스 특성의 선형 근사에 기초하여, 히스테리시스 특성을 고려한 전류값을 결정할 수 있다. 따라서 마이너 루프 계산을 위한 대규모의 수치 해석을 행하지 않고 자속 밀도를 허용 범위 내의 정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명의 제22 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제21 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 선형 함수는 구분 선형 함수이다. 이러한 형태에 의하면, 대규모 수치 해석을 행하지 않고 자속 밀도의 제어 정밀도를 제3 형태보다도 높일 수 있다.
본 발명의 제23 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제19 내지 제22 중 어느 하나의 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 전자석 제어 장치는 계철에 대하여 소자를 행하는 소자부를 더 구비한다. 이러한 형태에 의하면, 소자를 행한 후에 제1 함수에 기초하여, 코일에 흐르게 하는 전류를 결정하는 빈도를 증가시킬 수 있다. 소자 상태에 있어서의 전류값의 결정은 착자 상태에 있어서의 전류값의 결정보다도 단순히 행할 수 있으므로, 전자석 제어 장치에 있어서의 연산 부하를 저감할 수 있다.
본 발명의 제24 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제19 내지 제23 중 어느 하나의 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 전류값 결정부는, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하기 위한 처리의 내용을, 제1 처리로부터 제2 처리, 제2 처리로부터 제3 처리, 또는 3 처리로부터 제2 처리로 전환하는 경우에, 전환 시의 전류값에 따라, 제1 함수, 제2 함수 및 제3 함수 중 전환 후의 처리에 대응하는 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된다. 이러한 형태에 의하면, 간이적인 방법에 의하여, 전류 인가의 이력에 따라, 자속 밀도 명령값과, 코일에 전류를 흐르게 함으로써 실제로 얻어지는 자속 밀도값을 소정의 정밀도로 일치시킬 수 있다. 따라서 전자석 제어 장치에 있어서의 연산 부하를 저감할 수 있다.
본 발명의 제25 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제19 내지 제24 중 어느 하나의 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 전류값 결정부는, 명령값 취득부가 새로운 자속 밀도 명령값을 취득한 경우에, 전회 취득한 자속 밀도 명령값과 새로이 취득한 자속 밀도 명령값의 변화 폭에 따라, 제1 함수, 제2 함수 또는 제3 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성되고, 잔류 자기는 자속 밀도값(달리 말하면 전류값)의 변화 폭에 따라 변화되는데, 이러한 형태에 의하면, 이러한 변화를 반영할 수 있도록 소정의 계수를 설정함으로써 자속 밀도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명의 제26 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제19 내지 제25 중 어느 하나의 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 코일은 복수의 코일을 갖고 있다. 전류값 결정부는, 복수의 코일의 각각에 의하여 발생하는 자계의 영향을 반영하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된다. 이러한 형태에 의하면, 전자석이 복수의 코일을 구비하고 있는 경우에도 자속 밀도를 고정밀도로 제어할 수 있다. 복수의 코일은 동일한 자로를 형성해도 되고, 또는 각각 상이한 자로를 형성해도 된다.
본 발명의 제27 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제26 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 전류값 결정부는, 명령값 취득부가 새로운 자속 밀도 명령값을 취득한 경우에, 전회 취득한 자속 밀도 명령값과, 새로이 취득한 자속 밀도 명령값의 변화 폭에 따라, 제1 함수, 제2 함수 또는 제3 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 또는 제1 함수, 제2 함수 또는 제3 함수에 대하여 소정의 함수의 승산 및 가산 중 적어도 한쪽을 실시한 함수를 사용하여, 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된다. 이러한 형태에 의하면, 전자석이 복수의 코일을 구비하고 있는 경우에 있어서도, 제25 측면에 관한 전자석 제어 장치와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
본 발명의 제28 측면에 관한 전자석 제어 장치에 의하면, 제26 또는 제27 측면에 관한 전자석 제어 장치에 있어서, 전류값 결정부는, 복수의 코일 중 적어도 2개가 동일한 자로를 형성하는 경우에, 제1 함수, 제2 함수 또는 제3 함수에 기초하여 결정된 전류값에 대하여 소정의 함수 또는 계수를 곱함으로써, 코일에 흐르게 하는 전류를 보정하도록 구성된다. 이러한 형태에 의하면, 복수의 코일 중 적어도 2개가 동일한 자로를 형성하는 것에 의한 상호 간섭을 반영하여 자속 밀도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명의 제29 측면에 관한 전자석 시스템에 의하면, 전자석 시스템이 제공된다. 이 전자석 시스템은, 제19 내지 제28 중 어느 하나의 형태의 전자석 제어 장치와, 전자석를 구비하고 있다. 이러한 전자석 시스템에 의하면, 제19 내지 제28 중 어느 하나의 측면에 관한 전자석 제어 장치와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
본 발명의 제30 측면에 관한 전자석 시스템에 의하면, 제29 형태의 전자석 시스템은, 코일에 의하여 발생하는 자장의 자속 밀도를 검출하는 센서와, 센서에 의하여 검출된 자속 밀도값과 자속 밀도 명령값의 차분에 기초하여, 해당 차분이 작아지도록 코일에 흐르게 하는 전류를 보상하는 보상부를 구비하고 있다. 이러한 형태에 의하면, 피드백 제어에 의하여 자속 밀도를 더 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명은 상술한 형태에 한정되지 않으며, 전자석의 제어 방법, 전자석 제어용 프로그램, 당해 프로그램이 컴퓨터에 의하여 판독 가능하게 기록된 기억 매체 등, 다양한 형태로 실현 가능하다.
이상, 몇 가지의 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다. 또한 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허청구범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합, 또는 생략이 가능하다.
본원은, 2015년 5월 11일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2015-096248호, 2015년 5월 28일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2015-108160호, 및 2015년 10월 27일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2015-210872호에 기초하는 우선권을 주장한다. 일본 특허 출원 번호 제2015-096248호, 일본 특허 출원 번호 제2015-108160호의 명세서, 일본 특허 출원 번호 제2015-210872호의 명세서, 특허청구범위, 도면 및 요약서를 포함하는 모든 개시 내용은, 참조에 의하여 전체로서 본원에 원용된다.
일본 특허 공개 제2013-149722호 공보(특허문헌 1), 일본 특허 공개 제2012-74972호 공보(특허문헌 2), 일본 특허 공개 제2007-132902호 공보(특허문헌 3)의 명세서, 특허청구범위, 도면 및 요약서를 포함하는 모든 개시는, 참조에 의하여 전체로서 본원에 원용된다.
10: 플라스마 처리 장치
20: 전자석 장치
21: 요크
22a, 22b, 22c, 22d: 홈
23a, 23b, 23c, 23d: 코일
24a, 24b, 24c, 24d: 에폭시 수지
27a, 27b, 27c, 27d: 간극
28a, 28b, 28c, 28d: 관통 구멍
29: 박리제
40: 냉각 플레이트
44a, 44b: 테이퍼면
45: 전열 시트
52a, 52b: 제1 배선
53a, 53b: 제2 배선
11-1: 전자석 장치
20-1: 컨트롤러
21-1: 출력 전압 명령값 산출부
22-1: 전류 편차 산출부
23-1: 메모리부
28-1: 코일 저항값 산출부
29-1: 가산부
30-1: CPU 전류 제어부
33-1: 증폭기
35-1: 증폭기
37-1: 증폭기
40-1: 여자 코일
41-1: 온도 검출기
42-1: 전류 검출기
20-2, 320: 플라스마 처리 시스템
21-2: 플라스마 에칭 장치
22-2: 명령부
30-2, 330: 전자석 시스템
40-2, 240: 전자석
41-2, 241a, 241b, 241c, 241d: 코일
42-2, 242: 계철
50-2, 350: 전자석 제어 장치
60-2: 명령값 취득부
70: 전류값 결정부
80: 드라이버
85: 소자부
90: 기억부
91: 제1 함수
92: 제2 함수
93: 제3 함수
345: 센서
385: 보상부

Claims (15)

  1. 계철과 코일을 갖는 전자석의 상기 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위한 전자석 제어 장치이며,
    상기 코일에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 자속 밀도의 목표값에 상당하는 자속 밀도 명령값, 또는 상기 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 정보를 취득하도록 구성된 명령값 취득부와,
    상기 자속 밀도 명령값에 기초하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 전류값 결정부
    를 구비하고,
    상기 전류값 결정부는,
    상기 계철의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제1 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제1 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에, 제2 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제2 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제3 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제3 처리
    를 실행하도록 구성되고,
    상기 제1 함수, 상기 제2 함수 및 상기 제3 함수는 선형 함수인,
    전자석 제어 장치.
  2. 계철과 코일을 갖는 전자석의 상기 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위한 전자석 제어 장치이며,
    상기 코일에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 자속 밀도의 목표값에 상당하는 자속 밀도 명령값, 또는 상기 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 정보를 취득하도록 구성된 명령값 취득부와,
    상기 자속 밀도 명령값에 기초하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 전류값 결정부
    를 구비하고,
    상기 전류값 결정부는,
    상기 계철의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제1 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제1 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에, 제2 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제2 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제3 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제3 처리
    를 실행하도록 구성되고,
    상기 전류값 결정부는, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하기 위한 처리의 내용을, 상기 제1 처리로부터 상기 제2 처리, 상기 제2 처리로부터 상기 제3 처리, 또는 상기 제3 처리로부터 상기 제2 처리로 전환하는 경우에, 해당 전환 시의 전류값에 따라, 상기 제1 함수, 상기 제2 함수 및 상기 제3 함수 중 전환 후의 처리에 대응하는 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  3. 계철과 코일을 갖는 전자석의 상기 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위한 전자석 제어 장치이며,
    상기 코일에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 자속 밀도의 목표값에 상당하는 자속 밀도 명령값, 또는 상기 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 정보를 취득하도록 구성된 명령값 취득부와,
    상기 자속 밀도 명령값에 기초하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 전류값 결정부
    를 구비하고,
    상기 전류값 결정부는,
    상기 계철의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제1 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제1 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에, 제2 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제2 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제3 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제3 처리
    를 실행하도록 구성되고,
    상기 전류값 결정부는, 상기 명령값 취득부가 새로운 자속 밀도 명령값을 취득한 경우에, 전회 취득한 상기 자속 밀도 명령값과 새로이 취득한 상기 자속 밀도 명령값의 변화 폭에 따라, 상기 제1 함수, 상기 제2 함수 또는 상기 제3 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  4. 계철과 코일을 갖는 전자석의 상기 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하기 위한 전자석 제어 장치이며,
    상기 코일에 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 자속 밀도의 목표값에 상당하는 자속 밀도 명령값, 또는 상기 자속 밀도 명령값을 특정 가능한 정보를 취득하도록 구성된 명령값 취득부와,
    상기 자속 밀도 명령값에 기초하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 전류값 결정부
    를 구비하고,
    상기 전류값 결정부는,
    상기 계철의 소자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제1 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제1 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 감소시키는 경우에, 제2 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제2 처리와,
    상기 계철의 착자 상태로부터 자속 밀도의 절댓값을 증가시키는 경우에, 제3 함수에 기초하여 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하는 제3 처리
    를 실행하도록 구성되고,
    상기 코일은 복수의 코일을 갖고 있고,
    상기 전류값 결정부는, 상기 복수의 코일의 각각에 의하여 발생하는 자계의 영향을 반영하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 함수, 상기 제2 함수 및 상기 제3 함수는 자속 밀도와 전류의 관계를 나타내는 함수인,
    전자석 제어 장치.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 제1 함수, 상기 제2 함수 및 상기 제3 함수는 선형 함수인,
    전자석 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선형 함수는 구분 선형 함수인,
    전자석 제어 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    또한 상기 계철에 대하여 소자를 행하는 소자부를 구비한,
    전자석 제어 장치.
  9. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류값 결정부는, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하기 위한 처리의 내용을, 상기 제1 처리로부터 상기 제2 처리, 상기 제2 처리로부터 상기 제3 처리, 또는 상기 제3 처리로부터 상기 제2 처리로 전환하는 경우에, 해당 전환 시의 전류값에 따라, 상기 제1 함수, 상기 제2 함수 및 상기 제3 함수 중 전환 후의 처리에 대응하는 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  10. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류값 결정부는, 상기 명령값 취득부가 새로운 자속 밀도 명령값을 취득한 경우에, 전회 취득한 상기 자속 밀도 명령값과 새로이 취득한 상기 자속 밀도 명령값의 변화 폭에 따라, 상기 제1 함수, 상기 제2 함수 또는 상기 제3 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일은 복수의 코일을 갖고 있고,
    상기 전류값 결정부는, 상기 복수의 코일의 각각에 의하여 발생하는 자계의 영향을 반영하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전류값 결정부는, 상기 명령값 취득부가 새로운 자속 밀도 명령값을 취득한 경우에, 전회 취득한 상기 자속 밀도 명령값과 새로이 취득한 상기 자속 밀도 명령값의 변화 폭에 따라, 상기 제1 함수, 상기 제2 함수 또는 상기 제3 함수의 각 항 중 적어도 하나에 소정의 계수를 곱한 함수를 사용하여, 또는 상기 제1 함수, 상기 제2 함수 또는 상기 제3 함수에 대하여 소정의 함수의 승산 및 가산 중 적어도 한쪽을 실시한 함수를 사용하여, 상기 코일에 흐르게 하는 전류의 값을 결정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전류값 결정부는, 상기 복수의 코일 중 적어도 2개가 동일한 자로를 형성하는 경우에, 상기 제1 함수, 상기 제2 함수 또는 상기 제3 함수에 기초하여 결정된 전류값에 대하여 소정의 함수 또는 계수를 곱함으로써, 상기 코일에 흐르게 하는 전류를 보정하도록 구성된,
    전자석 제어 장치.
  14. 전자석 시스템이며,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전자석 제어 장치와,
    상기 전자석
    을 구비하는, 전자석 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 코일에 의하여 발생하는 자장의 자속 밀도를 검출하는 센서와,
    상기 센서에 의하여 검출된 자속 밀도값과 상기 자속 밀도 명령값의 차분에 기초하여, 해당 차분이 작아지도록 상기 코일에 흐르게 하는 전류를 보상하는 보상부
    를 구비한, 전자석 시스템.
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