(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
継鉄とコイルとを有する電磁石の前記コイルに流す電流を制御するための電磁石制御装置であって、
前記コイルに電流を流すことによって得られる磁束密度の目標値に相当する磁束密度指令値、または、前記磁束密度指令値を特定可能な情報を取得するように構成された指令値取得部と、
前記磁束密度指令値に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する電流値決定部と、
を備え、
前記電流値決定部は、
前記継鉄の消磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第１の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第１の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を減少させる場合に、第２の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第２の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第３の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第３の処理と
を実行するように構成され、
前記電流値決定部は、前記コイルに流す電流の値を決定するための処理の内容を、前記第１の処理から前記第２の処理、前記第２の処理から前記第３の処理、または、前記３の処理から前記第２の処理に切り替える場合に、該切替時の電流値に応じて、前記第１の関数、前記第２の関数および前記第３の関数のうちの切替後の処理に対応する関数の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じた関数を用いて前記コイルに流す電流の値を決定するように構成された
電磁石制御装置。
【請求項２】
継鉄とコイルとを有する電磁石の前記コイルに流す電流を制御するための電磁石制御装置であって、
前記コイルに電流を流すことによって得られる磁束密度の目標値に相当する磁束密度指令値、または、前記磁束密度指令値を特定可能な情報を取得するように構成された指令値
取得部と、
前記磁束密度指令値に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する電流値決定部と、
を備え、
前記電流値決定部は、
前記継鉄の消磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第１の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第１の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を減少させる場合に、第２の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第２の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第３の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第３の処理と
を実行するように構成され、
前記電流値決定部は、前記指令値取得部が新たな磁束密度指令値を取得した場合に、前回取得した前記磁束密度指令値と、新たに取得した前記磁束密度指令値と、の変化幅に応じて、前記第１の関数、前記第２の関数または前記第３の関数の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じた関数を用いて前記コイルに流す電流の値を決定するように構成された
電磁石制御装置。
【請求項３】
継鉄とコイルとを有する電磁石の前記コイルに流す電流を制御するための電磁石制御装置であって、
前記コイルに電流を流すことによって得られる磁束密度の目標値に相当する磁束密度指令値、または、前記磁束密度指令値を特定可能な情報を取得するように構成された指令値取得部と、
前記磁束密度指令値に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する電流値決定部と、
を備え、
前記電流値決定部は、
前記継鉄の消磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第１の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第１の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を減少させる場合に、第２の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第２の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第３の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第３の処理と
を実行するように構成され、
前記コイルは、複数のコイルを有しており、
前記電流値決定部は、前記複数のコイルの各々によって発生する磁界の影響を反映して、前記コイルに流す電流の値を決定するように構成され、
前記電流値決定部は、前記指令値取得部が新たな磁束密度指令値を取得した場合に、前回取得した前記磁束密度指令値と、新たに取得した前記磁束密度指令値と、の変化幅に応じて、前記第１の関数、前記第２の関数または前記第３の関数の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じた関数を用いて、または、前記第１の関数、前記第２の関数または前記第３の関数に対して、所定の関数の乗算および加算のうちの少なくとも一方を施した関数を用いて、前記コイルに流す電流の値を決定するように構成された
電磁石制御装置。
【請求項４】
継鉄とコイルとを有する電磁石の前記コイルに流す電流を制御するための電磁石制御装置であって、
前記コイルに電流を流すことによって得られる磁束密度の目標値に相当する磁束密度指令値、または、前記磁束密度指令値を特定可能な情報を取得するように構成された指令値取得部と、
前記磁束密度指令値に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する電流値決定部と、
を備え、
前記電流値決定部は、
前記継鉄の消磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第１の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第１の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を減少させる場合に、第２の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第２の処理と、
前記継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第３の関数に基づいて前記コイルに流す電流の値を決定する第３の処理と
を実行するように構成され、
前記コイルは、複数のコイルを有しており、
前記電流値決定部は、前記複数のコイルの各々によって発生する磁界の影響を反映して、前記コイルに流す電流の値を決定するように構成され、
前記電流値決定部は、前記複数のコイルのうちの少なくとも２つが同一の磁路を形成する場合に、前記第１の関数、前記第２の関数または前記第３の関数に基づいて決定された電流値に対して所定の関数または係数を乗じることによって、前記コイルに流す電流を補正するように構成された
電磁石制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電磁石制御装置であって、
前記第１の関数、前記第２の関数および前記第３の関数は、磁束密度と電流との関係を表す関数である
電磁石制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電磁石制御装置であって、
前記第１の関数、前記第２の関数および前記第３の関数は、線形関数である
電磁石制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電磁石制御装置であって、
前記線形関数は、区分線形関数である
電磁石制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の電磁石制御装置であって、
さらに、前記継鉄に対して消磁を行う消磁部を備えた
電磁石制御装置。
【請求項９】
電磁石システムであって、
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の電磁石制御装置と、
前記電磁石と
を備える電磁石システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の電磁石システムであって、
前記コイルによって発生する磁場の磁束密度を検出するセンサと、
前記センサによって検出された磁束密度値と、前記指令磁束密度値と、の差分に基づいて、該差分が小さくなるように前記コイルに流す電流を補償する補償部と
を備えた電磁石システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継鉄とコイルとを有する電磁石のコイルに流す電流を制御するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理装置（例えば、プラズマエッチング装置等）において、マグネトロン放電を利用したエッチング方法が実用化されている。これは、エッチングガスが導入されたチャンバ内において、互いに直行する方向の電場および磁場を印加し、その際に生じる電子のドリフト運動を利用してウエハ表面を高効率にエッチングする方法である。
【０００３】
かかるエッチング装置では、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によって発生される磁場が制御される。磁場を制御する方法として、例えば、永久磁石を機械的に移動させることや、電磁石に印加する電流を制御することが知られている。永久磁石を機械的に移動させる方法では、永久磁石によって発生される磁場強度が固定されるので、プラズマ密度分布を微調整することが困難である。このため、従来は、電磁石に印加する電流を制御する方法が採用されている（例えば、下記の特許文献１）。
【０００４】
一方、電磁石に関して、電磁石に印加する制御電流と、発生する磁束密度と、の間に磁気ヒステリシス（以下、単に、ヒステリシスとも呼ぶ）が存在することが知られている。すなわち、電磁石に印加した電流に対して得られる磁束密度は、残留磁場の影響を受けるので、同じ印加電流に対して毎回同じ磁束密度値が再現されるとは限らない。
【０００５】
このような残留磁気の影響を低減する方法の１つは、ヒステリシス損が非常に小さい軟磁性材料（例えば、純鉄系材料や電磁鋼板など）を継鉄として用いることである。このような材料を用いれば、同じ印加電流に対して一定の許容差内の磁束密度を安定して得ることができる。残留磁気の影響を低減する他の方法は、ヒステリシス特性を考慮して電流値を補正することである（例えば、下記の特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−７４９７２号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、継鉄に軟磁性材料を用いる方法では、軟磁性材料は、性能の良いものを選ぶほど高価になり、しかも、加工形状や母材の大きさに制限がある場合が多い。このため、入手先の少なさや加工コスト増大の問題を避けることができない。
【０００８】
また、ヒステリシス特性を考慮して電流値を補正する従来の方法は、プラズマ処理装置への適用が難しい。例えば、上記の引用文献２では、電流は、予め定められた最大値と最小値との間をサイクリックに変化するように制御される。そして、このような制御において、ヒステリシス特性を考慮した関数を用いて電流値が補正される。一方、プラズマ処理装置では、処理状況に応じた所望の磁束密度を得るために、電流値が不規則に制御される。このことは、状況に応じて、考慮すべき残留磁気の量が異なることを意味している。つまり、特許文献２の技術をプラズマ制御装置にそのまま適用することはできない。
【０００９】
このようなことから、プラズマ処理装置において再現性の低下や装置の固体差の要因となり得る現象が許容差内に収まるように電磁石を制御できる技術が開発されることが望ましい。また、そのような技術において、演算負荷を低減できること、低コスト化すること、および、電磁石制御装置の発注から納品までに要する時間を低減することの少なくとも１つが達成されることが望ましい。あるいは、同じ継鉄材料を用いた場合、磁束密度出力制御をより高精度化できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【００１１】
本発明の第１の形態によれば、継鉄とコイルとを有する電磁石のコイルに流す電流を制御するための電磁石制御装置が提供される。この電磁石制御装置は、コイルに電流を流すことによって得られる磁束密度の目標値に相当する磁束密度指令値、または、磁束密度指令値を特定可能な情報を取得するように構成された指令値取得部と、磁束密度指令値に基づいて、コイルに流す電流の値を決定する電流値決定部と、を備えている。電流値決定部は、継鉄の消磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第１の関数に基づいてコイルに流す電流の値を決定する第１の処理と、継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を減少させる場合に、第２の関数に基づいてコイルに流す電流の値を決定する第２の処理と、継鉄の着磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に、第３の関数に基づいてコイルに流す電流の値を決定する第３の処理と、を実行するように構成される。
【００１２】
かかる電磁石制御装置によれば、３つの関数を電流印加の履歴に応じて使い分けて、コイルに流す電流を制御することによって、電流印加の履歴に関わらず、ヒステリシスに起因する残留磁気の影響を低減して、磁束密度指令値と、コイルに電流を流すことによって実際に得られる磁束密度値と、を従来よりも精度良く一致させることができる。その結果、当該電磁石制御装置を備えるプラズマ処理装置において、同一のプラズマ処理装置におけるプロセス使用条件の再現性の向上、または、同一仕様のプラズマ処理装置同士間の個体差を低減することができる。しかも、継鉄が有するヒステリシスの大きさに関わらず、磁束密度指令値と、実際に得られる磁束密度値と、を精度良く一致させることができる。このため、継鉄にヒステリシスの小さい材料を使用しなくてもよい。その結果、容易に入手できる安価な材料を継鉄に用いることができる。つまり、電磁石制御装置のコスト、および、電磁石制御装置の発注から納品までに要する時間を低減することができる。
【００１３】
本発明の第２の形態によれば、第１の形態において、第１の関数、第２の関数および第３の関数は、磁束密度と電流との関係を表す関数である。かかる形態によれば、他のパラメータへの変換を必要とすることなく、所望の磁束密度から、コイルに流す電流を直接的に決定することができる。したがって、電磁石制御装置における演算負荷を低減することができる。
【００１４】
本発明の第３の形態によれば、第１または第２の形態において、第１の関数、第２の関数および第３の関数は、線形関数である。かかる形態によれば、ヒステリシス特性の線形近似に基づいて、ヒステリシス特性を考慮した電流値を決定することができる。したがって、マイナーループ計算のための大規模な数値解析を行うことなく、磁束密度を許容範囲内の精度で制御することができる。
【００１５】
本発明の第４の形態によれば、第３の形態において、線形関数は、区分線形関数である。かかる形態によれば、大規模な数値解析を行うことなく、磁束密度の制御精度を第３の形態よりも高めることができる。
【００１６】
本発明の第５の形態によれば、第１ないし第４のいずれかの形態において、電磁石制御装置は、さらに、継鉄に対して消磁を行う消磁部を備える。かかる形態によれば、消磁を行った後に第１の関数に基づいてコイルに流す電流を決定する頻度を増加させることができる。消磁状態における電流値の決定は、着磁状態における電流値の決定よりも単純に行うことができるので、電磁石制御装置における演算負荷を低減することができる。
【００１７】
本発明の第６の形態によれば、第１ないし第５のいずれかの形態において、電流値決定部は、コイルに流す電流の値を決定するための処理の内容を、第１の処理から第２の処理、第２の処理から第３の処理、または、３の処理から第２の処理に切り替える場合に、切替時の電流値に応じて、第１の関数、第２の関数および第３の関数のうちの切替後の処理に対応する関数の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じた関数を用いてコイルに流す電流の値を決定するように構成される。かかる形態によれば、簡易的な手法によって、電流印加の履歴に応じて、磁束密度指令値と、コイルに電流を流すことによって実際に得られる磁束密度値と、を所定の精度で一致させることができる。したがって、電磁石制御装置における演算負荷を低減することができる。
【００１８】
本発明の第７の形態によれば、第１ないし第６のいずれかの形態において、電流値決定部は、指令値取得部が新たな磁束密度指令値を取得した場合に、前回取得した磁束密度指令値と、新たに取得した磁束密度指令値と、の変化幅に応じて、第１の関数、第２の関数または第３の関数の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じた関数を用いてコイルに流す電流の値を決定するように構成される、残留磁気は、磁束密度値（換言すれば、電流値）の変化幅に応じて変化するが、かかる形態によれば、このような変化を反映できるように所定の係数を設定することによって、磁束密度を精度良く制御することができる。
【００１９】
本発明の第８の形態によれば、第１ないし第７のいずれかの形態において、コイルは、複数のコイルを有している。電流値決定部は、複数のコイルの各々によって発生する磁界の影響を反映して、コイルに流す電流の値を決定するように構成される。かかる形態によれば、電磁石が複数のコイルを備えている場合であっても、磁束密度を精度良く制御することができる。複数のコイルは、同一の磁路を形成してもよく、あるいは、それぞれ異なる磁路を形成してもよい。
【００２０】
本発明の第９の形態によれば、第８の形態において、電流値決定部は、指令値取得部が新たな磁束密度指令値を取得した場合に、前回取得した磁束密度指令値と、新たに取得した磁束密度指令値と、の変化幅に応じて、第１の関数、第２の関数または第３の関数の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じた関数を用いて、または、第１の関数、第２の関数または第３の関数に対して、所定の関数の乗算および加算のうちの少なくとも一方を施した関数を用いて、コイルに流す電流の値を決定するように構成される。かかる形態によれば、電磁石が複数のコイルを備えている場合においても、第７の形態と同様の効果を奏する。
【００２１】
本発明の第１０の形態によれば、第８または第９の形態において、電流値決定部は、複数のコイルのうちの少なくとも２つが同一の磁路を形成する場合に、第１の関数、第２の関数または第３の関数に基づいて決定された電流値に対して所定の関数または係数を乗じることによって、コイルに流す電流を補正するように構成される。かかる形態によれば、複数のコイルのうちの少なくとも２つが同一の磁路を形成することによる相互干渉を反映して、磁束密度を精度良く制御することができる。
【００２２】
本発明の第１１の形態によれば、電磁石システムが提供される。この電磁石システムは、第１ないし第１０のいずれかの形態の電磁石制御装置と、電磁石と、を備えている。か
かる電磁石システムによれば、第１ないし第１０のいずれかの形態と同様の効果を奏する。
【００２３】
本発明の第１２の形態によれば、第１１の形態の電磁石システムは、コイルによって発生する磁場の磁束密度を検出するセンサと、センサによって検出された磁束密度値と、指令磁束密度値と、の差分に基づいて、該差分が小さくなるようにコイルに流す電流を補償する補償部と、を備えている。かかる形態によれば、フィードバック制御によって、磁束密度をさらに精度良く制御することができる。
【００２４】
本発明は、上述した形態に限らず、電磁石の制御方法、電磁石制御用プログラム、当該プログラムがコンピュータによって読み取り可能に記録された記憶媒体など、種々の形態で実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例としてのプラズマエッチングシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】電磁石の概略構成を示す部分断面図である。
【図３】関数に基づいて電流値を決定する概念を示す説明図である。
【図４】電流値決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】消磁状態から磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する概念を示す模式図である。
【図６】図５の状態からさらに磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する概念を示す模式図である。
【図７】着磁状態から磁束密度を減少させる場合に電流値を決定する概念を示す模式図である。
【図８】着磁状態から磁束密度を減少させる場合に電流値を決定する他の概念を示す模式図である。
【図９】着磁状態から磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する概念を示す模式図である。
【図１０】着磁状態から磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する他の概念を示す模式図である。
【図１１】第２実施例としての電磁石の概略構成を示す部分断面図である。
【図１２】測定点Ｍ１における磁束密度の補正例を示す概念図である。
【図１３】測定点Ｍ２における磁束密度の補正例を示す概念図である。
【図１４】測定点Ｍ３における磁束密度の補正例を示す概念図である。
【図１５】測定点Ｍ４における磁束密度の補正例を示す概念図である。
【図１６Ａ】第３実施例としての、各コイルの相互干渉を反映する方法の一例を示す説明図である。
【図１６Ｂ】第３実施例としての、各コイルの相互干渉を反映する方法の一例を示す説明図である。
【図１７】第４実施例としてのプラズマエッチングシステムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのプラズマ処理システム２０の概略構成を示すブロック図である。プラズマ処理システム２０は、本実施例では、プラズマエッチングを行うためのシステムであり、例えば、半導体製造工程において基板（例えば、ウェハ）をエッチングするために使用される。図１に示すように、プラズマ処理システム２０は、プラズマエッチング装置２１と指令部２２と電磁石システム３０と、を備えている。プラズマエッ
チング装置２１は、チャンバ（図示省略）を備えている。チャンバ内でプラズマが発生させられ、それによって生成されるイオンやラジカルによって処理対象物がエッチングされる。指令部２２は、本実施例では、パーソナルコンピュータであり、電磁石システム３０（より具体的には、後述する電磁石制御装置５０）に通信可能に接続されている。指令部２２は、電磁石システム３０に指令を与える任意の装置とすることができ、例えば、シーケンサなどであってもよい。
【００２７】
電磁石システム３０は、電磁石４０と、電磁石制御装置５０と、を備えている。電磁石４０は、電磁石４０によって発生される磁場によってプラズマエッチング装置２１におけるプラズマ密度分布を制御するために、上述のチャンバの外部にチャンバに隣接して設けられる。電磁石制御装置５０は、指令部２２からの指令を受け付けて、所望の磁束密度が得られるように電磁石４０に流す電流を制御する。電磁石制御装置５０は、プラズマエッチング装置２１での処理状況に応じてプラズマ密度分布を制御できるように、予め定められた最大（または最小）の電流値（換言すれば、磁束密度値）に達する前に、電流（換言すれば、磁束密度）を減少（または減少）させるように制御可能に構成される。
【００２８】
図２は、電磁石４０の概略構成を示す断面図である。電磁石４０は、コイル４１と、継鉄４２と、を備えている。本実施例は、説明を単純化するために、電磁石４０が１つのコイル４１を備えているものとして説明される。ただし、電磁石４０は、任意の数のコイル４１を備えていてもよい。コイル４１は、上面視で円形状に配置されているが、図２では、円の中心に対して片側のみを示している。電磁石４０では、コイル４１から所定距離だけ離れた測定点Ｍ１（チャンバ内の点）において所望の磁束密度が得られるように、コイル４１に流す電流が制御される。
【００２９】
しかしながら、磁性材料によって形成される継鉄４２は、磁気ヒステリシスを有している。このため、所望の磁束密度（本実施例では、指令部２２から入力される磁束密度指令値）に基づいて、コイル４１に流す電流を単純に演算すると、所望の磁束密度と、測定点Ｍ１で測定される磁束密度と、の間に、コイル４１に印加される電流の履歴に応じて差異が生じる。電磁石制御装置５０は、このようなヒステリシスの影響（つまり、所望の磁束密度と、測定点Ｍ１で測定される磁束密度と、の不一致）を低減する機能を有している。
【００３０】
図１に示すように、電磁石制御装置５０は、指令値取得部６０と、電流値決定部７０と、ドライバ８０と、消磁部８５と、記憶部９０と、を備えている。指令値取得部６０は、指令部２２から磁束密度指令値を受け付ける。また、指令値取得部６０は、受け付けた磁束密度指令値を、ヒステリシスが存在しないと仮定した場合（すなわち、コイル４１に流す電流と、測定点Ｍ１で測定される磁束密度と、が正比例すると仮定した場合）のコイル４１に流す電流の電流値に換算する。こうして換算される電流値を電流指令値Ｉとも呼ぶ。指令値取得部６０は、算出した電流指令値Ｉを電流値決定部７０に出力する。
【００３１】
電流値決定部７０は、電磁石４０のヒステリシスを考慮して、電流指令値Ｉを補正し、コイル４１に実際に流す電流値（制御電流値Ｉ’とも呼ぶ）を決定する。この処理は、第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３に基づいて行われる。これらの関数は、記憶部９０に予め記憶されている。ただし、これらの関数は、外部（例えば、指令部２２）から通信によって取得されてもよい。また、後述するように、第２の関数９２および第３の関数９３は、状況に応じて変換されることがあるが、電流値決定部７０は、通信によって外部から変換後の関数を取得してもよい。これらの関数の詳細については後述する。
【００３２】
そして、電流値決定部７０は、決定した制御電流値Ｉ’をドライバ８０に出力する。ドライバ８０は、コイル４１への電流供給を制御する。すなわち、ドライバ８０は、入力さ
れた制御電流値Ｉ’の電流を電磁石４０のコイル４１に流す。消磁部８５は、継鉄４２に対して消磁を行う。具体的には、本実施例では、消磁部８５は、指令部２２から消磁指令を受け付けると、記憶部９０から消磁のパラメータ（例えば、交流消磁の振幅、周波数など）を取得する。そして、消磁部８５は、取得したパラメータに応じた指令をドライバ８０に出力する。ドライバ８０は、入力された指令に基づいて、電流を所望の波形に変換して出力する。
【００３３】
図３は、第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３に基づいて制御電流値Ｉ’を決定する概念の説明図である。理想直線Ｆ０は、コイル４１に流す電流と、それによって得られる磁束密度と、の理想的な関係（すなわち、ヒステリシスが存在しない場合の関係）を示している。理想直線Ｆ０では、電流と磁束密度とは、原点を通る比例関係にある。これに対して、第１の関数ラインＦ１、第２の関数ラインＦ２および第３の関数ラインＦ３は、ヒステリシスの影響を考慮して補正された後の、電流と磁束密度との関係を概念的に表している。図３に図示される第１の関数ラインＦ１、第２の関数ラインＦ２および第３の関数ラインＦ３は、第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３をそれぞれそのままグラフ化したものではなく、これらの関数によって電流指令値Ｉが理想直線Ｆ０に対してどのように補正されるかを概念的に示していることに留意されたい。第１の関数ラインＦ１は、理想直線Ｆ０よりも上方に位置している。第２の関数ラインＦ２は、理想直線Ｆ０よりも下方に位置しており、第３の関数ラインＦ３は、第２の関数ラインＦ２よりも上方に位置している。図３に示す例では、第３の関数ラインＦ３の全体が理想直線Ｆ０よりも下方に位置しているが、継鉄４２の材質によっては、第３の関数ラインＦ３の一部分は、理想直線Ｆ０よりも上方に位置することもある。
【００３４】
関数ラインＦ１〜Ｆ３は、電磁石４０のヒステリシス特性を予め実測し、その結果に基づいて、近似的に定められる。第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３は、定められた関数ラインＦ１〜Ｆ３上の電流値が制御電流値Ｉ’として得られるように近似的に定められる。本実施例では、第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３の各々は、区間線形関数として定義されている。つまり、第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３の各々は、グラフ化した場合、複数の線形が折れ点で接続された形状を有している。ただし、第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３は、区間が定義されていない単純な線形関数として定義されてもよいし、あるいは、任意の関数として定義されてもよい。
【００３５】
第１の関数９１は、継鉄４２の消磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に使用される。第１の関数９１に対応する図３の第１の関数ラインＦ１は、原点と、磁束密度の最大値Ｂｍａｘと、の間で定義されている。すなわち、図示される第１の関数ラインＦ１は、電流値ゼロから最大値Ｂｍａｘに相当する電流値（電流値Ｉｍａｘ）まで電流を一定の幅で増加させる場合における、コイル４１に流れる電流値と、測定点Ｍ１において得られる磁束密度と、の関係を近似的に表している。
【００３６】
第２の関数９２は、継鉄４２の着磁状態から磁束密度の絶対値を減少させる場合に使用される。第２の関数９２に対応する図３の第２の関数ラインＦ２は、最大値Ｂｍａｘと、ｘ軸上の点（電流値ゼロ）と、の間で定義されている。つまり、図示される第２の関数ラインＦ２は、最大値Ｂｍａｘに相当する電流値から電流値ゼロまで電流を一定の幅で減少させる場合における、コイル４１に流れる電流値と、測定点Ｍ１において得られる磁束密度と、の関係を近似的に表している。
【００３７】
第３の関数９３は、継鉄４２の着磁状態から磁束密度の絶対値を増加させる場合に使用される。第３の関数９３に対応する図３の第３の関数ラインＦ３は、ｘ軸上の点（電流値ゼロ）と、最大値Ｂｍａｘと、の間で定義されている。つまり、図示される第３の関数ラ
インＦ３は、最大値Ｂｍａｘに対応する電流値から電流値ゼロまで電流を低下させた後に、再度、最大値Ｂｍａｘに対応する電流値まで電流を一定の幅で増加させる場合における、コイル４１に流れる電流値と、測定点Ｍ１において得られる磁束密度と、の関係を近似的に表している。
【００３８】
図３では、第１象限のみを示しているが、第２ないし第４象限の各々においても、図３に示す線形と原点対象のグラフを得ることができ、また、それに対応するように第１の関数９１、第２の関数９２および第３の関数９３が定義されることに留意されたい。
【００３９】
図４は、電磁石制御装置５０によって実行される電流値決定処理の一例の流れを示すフローチャートである。電流値決定処理は、指令部２２から入力される指令値に基づいて、コイル４１に流す電流の電流値を決定する処理である。電流値決定処理は、指令部２２から電磁石制御装置５０に指令値が入力される度に繰り返し実行される。図４では、説明を単純化するために、電流値および磁束密度値の各々が、ゼロ以上の範囲（すなわち、図３に示された第１象限の範囲内）で制御される場合を示している。電流値決定処理が開始されると、まず、指令値取得部６０は、指令部２２から入力された磁束密度指令値を受け付けて、電流指令値Ｉｎを算出する（ステップＳ１１０）。電流指令値Ｉの添え字「ｎ」は、ｎ番目に入力された磁束密度指令値に対応していることを表している。この電流指令値Ｉｎは、図３に示された理想直線Ｆ０に基づいて算出される。
【００４０】
電流指令値Ｉｎを算出すると、指令値取得部６０は、算出された電流指令値Ｉｎを記憶部９０に記憶し（ステップＳ１２０）、当該電流指令値Ｉｎを電流値決定部７０に出力する。本実施例では、記憶部９０に記憶された電流指令値Ｉｎは、次回実行される電流値決定処理が終了する際に消去される。
【００４１】
電流値決定部７０は、入力された電流指令値Ｉｎが消磁状態からの磁束密度の増加の指令を表しているか否かを判断する（ステップＳ１３０）。ここでの「消磁状態からの磁束密度の増加の指令」には、初期状態（すなわち、残留磁気なし）からの初めて磁束密度の増加の指令と、初期状態から、一度も磁束密度を減少させることなく、段階的に磁束密度を増加させる場合の、途中の段階の磁束密度の増加の指令と、が含まれる。この判断は、本実施例では、前回実行された電流値決定処理のステップＳ１２０によって電流指令値Ｉｎ−１が記憶されているか否かと、後述する関数フラグと、に基づいて行われる。初めて電流値決定処理が実行される場合、電流指令値Ｉｎ−１は、当然に記憶されていない。また、本実施例では、ｎ回目の電流値決定処理の後に消磁部８５によって消磁が実行された場合、記憶部９０に記憶された電流指令値Ｉｎは消去される。このため、電流値決定部７０は、電流指令値Ｉｎ−１が記憶部９０に記憶されているか否かに基づいて、入力された電流指令値Ｉｎが初期状態からの初めての磁束密度の増加を表すか否かを判断することができる。入力された電流指令値Ｉｎが途中の段階での磁束密度の増加を表すか否かについては、後述する関数フラグによって判断することができる。この判断については、後述する。
【００４２】
判断の結果、電流指令値Ｉｎが消磁状態からの磁束密度の増加の指令を表している場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、電流値決定部７０は、第１の関数９１を選択し、関数フラグを値１に設定する（ステップＳ１４０）。関数フラグは、記憶部９０に確保されたフラグ領域に書き込まれる。この関数フラグの使用方法については後述する。次いで、電流値決定部７０は、第１の関数９１を用いて電流補正量Ｉｃを決定する（ステップＳ１５０）。本実施例では、第１の関数９１は、電流指令値Ｉと電流補正量Ｉｃとの対応関係を表す関数である。この点は、第２の関数９２および第３の関数９３についても同様である。ここでの電流補正量Ｉｃの決定方法は後述する。次いで、電流値決定部７０は、上記ステップＳ１１０で算出した電流指令値Ｉｎに電流補正量Ｉｃを加算して、制御電流値Ｉｎ’
を算出する（ステップＳ２１０）。そして、電流値決定部７０は、制御電流値Ｉｎ’を記憶部９０に記憶する（ステップＳ２２０）とともに、制御電流値Ｉｎ’をドライバ８０に出力し（ステップＳ２３０）、電流値決定処理を終了する。
【００４３】
一方、電流指令値Ｉｎが消磁状態からの磁束密度の増加の指令を表していない場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、すなわち、継鉄４２が着磁状態にある場合、電流値決定部７０は、電流指令値Ｉｎが電流指令値Ｉｎ−１よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１６０）。電流指令値Ｉｎ−１は、前回実行された電流値決定処理の上記ステップＳ１２０において、記憶部９０に記憶されている。判断の結果、電流指令値Ｉｎが電流指令値Ｉｎ−１よりも小さい場合（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、すなわち、磁束密度を減少させる指令が入力されている場合、電流値決定部７０は、第２の関数９２を選択し、関数フラグを値２に設定する（ステップＳ１７０）。次いで、電流値決定部７０は、第２の関数９２に基づいて電流補正量Ｉｃを決定する（ステップＳ１８０）。ここでの電流補正量Ｉｃの決定方法は後述する。そして、電流値決定部７０は、処理を上記ステップＳ２１０に進める。
【００４４】
判断の結果、電流指令値Ｉｎが電流指令値Ｉｎ−１よりも大きい場合（ステップＳ１６０：ＮＯ）、すなわち、磁束密度を増加させる指令が入力されている場合、電流値決定部７０は、第３の関数９３を選択し、関数フラグを値３に設定する（ステップＳ１９０）。次いで、電流値決定部７０は、第３の関数９３に基づいて電流補正量Ｉｃを決定する（ステップＳ２００）。ここでの電流補正量Ｉｃの決定方法は後述する。そして、電流値決定部７０は、処理を上記ステップＳ２１０に進める。
【００４５】
図５〜図１０は、上記ステップＳ１５０，Ｓ１８０，Ｓ２００における電流補正量Ｉｃの決定方法の具体例を概念的に示している。図５は、消磁状態から磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する概念を示しており、上記ステップＳ１５０に対応している。図５に示すように、最大値Ｂｍａｘよりも小さい磁束密度指令値Ｂ１が入力されると、電磁石制御装置５０は、理想直線Ｆ０を用いて電流指令値Ｉ１を算出する（ステップＳ１１０）。図５において、点Ｐ１は、最大値Ｂｍａｘに相当する理想直線Ｆ０上の点である。点Ｐ２は、磁束密度指令値Ｂ１によって定まる理想直線Ｆ０上の点であり、電流指令値Ｉ１に対応している。そして、電磁石制御装置５０は、第１の関数９１を用いて、電流補正量ＩＣ１を決定し（ステップＳ１５０）、これに電流指令値Ｉ１を加算して、制御電流値Ｉ’１を算出する。点Ｐ３は、第１の関数ラインＦ１上の点であり、磁束密度指令値Ｂ１および制御電流値Ｉ’１に対応している。つまり、消磁状態から磁束密度指令値Ｂ１まで磁束密度を増加させる場合、電流値は、ゼロから、第１の関数ラインＦ１上の点Ｐ３に対応する制御電流値Ｉ’１まで増加される。第１の関数９１では、このような結果が得られるように、電流指令値Ｉと電流補正量Ｉｃとの対応関係が定義されている。
【００４６】
図６は、図５の状態からさらに磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する概念を示している。磁束密度指令値Ｂ２（Ｂ２＞Ｂ１）が入力されると、電磁石制御装置５０は、理想直線Ｆ０を用いて電流指令値Ｉ２（点Ｐ４に対応）を算出する（ステップＳ１１０）。そして、電磁石制御装置５０は、第１の関数９１を用いて電流補正量ＩＣ２を決定し（ステップＳ１５０）、これに電流指令値Ｉ２を加算して、制御電流値Ｉ’２（点Ｐ５に対応）を算出する。つまり、入力される磁束密度指令値が消磁状態から増加し続ける限り、制御電流値Ｉ’は、第１の関数９１を継続的に使用して、第１の関数ラインＦ１上の点に対応する値として決定される。入力される磁束密度指令値が消磁状態から増加し続けるか否かは、関数フラグを参照して判断することができる。具体的には、関数フラグが値１に設定されている状態で、前回よりも大きな磁束密度指令値が入力された場合は、入力される磁束密度指令値が消磁状態から増加し続けると判断できる。
【００４７】
図７は、着磁状態から磁束密度を減少させる場合に電流値を決定する概念を示している。図６に示す状態から磁束密度指令値Ｂ３（Ｂ３＜Ｂ２）が入力されると、つまり、磁束密度指令値が増加から減少に切り替わると、電磁石制御装置５０は、理想直線Ｆ０を用いて電流指令値Ｉ３（点Ｐ６に対応）を算出する（ステップＳ１１０）。そして、電磁石制御装置５０は、第２の関数９２に基づいて電流補正量ＩＣ３を決定し（ステップＳ１５０）、これに電流指令値Ｉ３を加算して、制御電流値Ｉ’３（点Ｐ７に対応）を算出する。点Ｐ７は、第２の関数変換ラインＦ２’上の点である。第２の関数変換ラインＦ２’が理想直線Ｆ０よりも下方に位置することから、電流補正量ＩＣ３は、マイナスの値として算出される。
【００４８】
第２の関数変換ラインＦ２’は、第２の関数ラインＦ２が変換されたラインである。具体的には、第２の関数変換ラインＦ２’は、第２の関数ラインＦ２と理想直線Ｆ０との間に位置するように変換されたラインである。例えば、第２の関数変換ラインＦ２’は、以下のようにして得ることができる。まず、第２の関数ラインＦ２が、点Ｐ１（第２の関数ラインＦ２の原点と反対側の端点）が、点Ｐ４（磁束密度（換言すれば、電流）が増加から減少に転じる際の電流指令値Ｉに対応する理想直線Ｆ０上の点）に位置するように平行移動される。そして、図７に示すように、平行移動された第２の関数ラインＦ２が縮小される。この際の縮小率はＢ２/Ｂｍａｘである。
【００４９】
電流補正量ＩＣ３は、制御電流値Ｉ’３がこのような第２の関数変換ラインＦ２’上に位置するように決定される。換言すれば、第２の関数９２は、このような結果が得られるように変換された後に使用される。このような第２の関数９２の変換は、第２の関数の各項（例えば、一次関数の場合は、一次項および定数項）の少なくとも１つに所定の係数を乗じることによって行うことができる。本実施例のように、第２の関数９２が区間ごとに定義される場合には、この区間も縮小される。
【００５０】
図８は、着磁状態から磁束密度を減少させる場合に電流値を決定する概念の他の例を示している。この例では、図７に示した第２の関数変換ラインＦ２’に代えて、第２の関数変換ラインＦ２’’が使用される。第２の関数変換ラインＦ２’’は以下のようにして得られる。まず、第２の関数ラインＦ２が、点Ｐ１が点Ｐ５（磁束密度が増加から減少に転じる際の磁束密度Ｂ２に対応する第１の関数ラインＦ１上の点）に位置するように平行移動される。そして、平行移動された第２の関数ラインＦ２が縮小される。ここでの縮小率はＢ２/Ｂｍａｘである。このように、磁束密度が増加から減少に転じる際の磁束密度Ｂ２に対応する第１の関数ラインＦ１上の点に一端が位置する第２の関数変換ラインＦ２’’を使用することによって、磁束密度の補正精度を向上できる。
【００５１】
図７（または図８）に示した状態の後、入力される磁束密度指令値が減少し続ける限り、制御電流値Ｉ’は、同一の関数（上述の変換された第２の関数９２）を使用して、第２の関数変換ラインＦ２’（または、第２の関数変換ラインＦ２’’）上の点に対応する値として決定される。入力される磁束密度指令値が着磁状態から減少し続けるか否かは、関数フラグを参照して判断することができる。具体的には、関数フラグが値２に設定されている状態で、前回よりも小さな磁束密度指令値が入力された場合は、入力される磁束密度指令値が着磁状態から減少し続けると判断できる。なお、磁束密度指令値が点Ｐ１に達した後で磁束密度指令値が増加から減少に切り替わる場合には、第２の関数変換ラインＦ２’ （または、第２の関数変換ラインＦ２’’）ではなく、第２の関数ラインＦ２上に制御電流値Ｉ’が位置するように、制御電流値Ｉ’が決定される。
【００５２】
図９は、着磁状態から磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する概念を示している。図７に示す状態から磁束密度指令値Ｂ４（Ｂ４＞Ｂ３）が入力されると、つまり、着磁状態において磁束密度指令値が減少から増加に再度切り替わると、電磁石制御装置５０は
、理想直線Ｆ０を用いて電流指令値Ｉ４（点Ｐ８に対応）を算出する（ステップＳ１１０）。着磁状態において磁束密度指令値が減少から増加に再度切り替わるか否かは、関数フラグを参照して判断することができる。具体的には、関数フラグが値２に設定されている状態で、前回よりも大きな磁束密度指令値が入力された場合は、着磁状態において磁束密度指令値が減少から増加に再度切り替わると判断することができる。
【００５３】
そして、電磁石制御装置５０は、第３の関数９３に基づいて電流補正量ＩＣ４を決定し（ステップＳ１５０）、これに電流指令値Ｉ４を加算して、制御電流値Ｉ’４（点Ｐ９に対応）を算出する。点Ｐ９は、第３の関数変換ラインＦ３’上の点である。第３の関数変換ラインＦ３’が理想直線Ｆ０よりも下方に位置することから、電流補正量ＩＣ４は、マイナスの値として算出される。
【００５４】
第３の関数変換ラインＦ３’は、第３の関数ラインＦ３が変換されたラインである。例えば、第３の関数変換ラインＦ３’は、以下のようにして得ることができる。まず、第１の関数ラインＦ１および第３の関数ラインＦ３が、第１の関数ラインＦ１の原点側の端点が、点Ｐ６（磁束密度（換言すれば、電流）が減少から増加に転じる際の電流指令値Ｉに対応する理想直線Ｆ０上の点）に位置するように平行移動される。そして、図９に示すように、平行移動された第１の関数ラインＦ１および第３の関数ラインＦ３が縮小される。ここでの縮小率は、（Ｂｍａｘ−Ｂ３）/Ｂｍａｘである。こうして縮小された第１の関数ラインＦ１および第３の関数ラインＦ３のうちの、縮小された第３の関数ラインＦ３が第３の関数変換ラインＦ３’である。なお、図９に示す例では、第３の関数変換ラインＦ３’の全体が理想直線Ｆ０よりも下方に位置しているが、第３の関数ラインＦ３の形状によっては、第３の関数変換ラインＦ３’の一部分は、理想直線Ｆ０よりも上方に位置することもある。
【００５５】
電流補正量ＩＣ４は、制御電流値Ｉ’４がこのような第３の関数変換ラインＦ３’上に位置するように決定される。換言すれば、第３の関数９３は、このような結果が得られるように変換された後に使用される。このような第３の関数９３の変換は、第３の関数の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じることによって行うことができる。本実施例のように、第３の関数９３が区間ごとに定義される場合には、この区間も縮小される。
【００５６】
図１０は、着磁状態から磁束密度を増加させる場合に電流値を決定する概念の他の例を示している。この例では、図９に示した第３の関数変換ラインＦ３’に代えて、第３の関数変換ラインＦ３’’が使用される。また、図１０では、図８に示した点Ｐ７において、磁束密度が減少から増加に転じる場合を示している。第３の関数変換ラインＦ３’’は以下のようにして得られる。まず、第３の関数ラインＦ３の原点側の端点が点Ｐ７（磁束密度が減少から増加に転じる際の第２の関数変換ラインＦ２’’上の点）に位置するように第３の関数ラインＦ３が平行移動される。そして、平行移動された第３の関数ラインＦ３が縮小される。ここでの縮小率は（Ｂｍａｘ−Ｂ３）/Ｂｍａｘである。このように、磁束密度が減少から増加に転じる際の磁束密度Ｂ３に対応する第２の関数変換ラインＦ２’’上の点に一端が位置する第３の関数変換ラインＦ３’’を使用することによって、磁束密度の補正精度を向上できる。
【００５７】
図９（または図１０）に示した状態の後、着磁状態において、入力される磁束密度指令値が増加し続ける限り、制御電流値Ｉ’は、同一の関数（上述の変換された第３の関数９３）を使用して、第３の関数変換ラインＦ３’（または、第３の関数変換ラインＦ３’）’上の点に対応する値として決定される。着磁状態において磁束密度指令値が増加し続けるか否かは、関数フラグを参照して判断することができる。具体的には、関数フラグが値３に設定されている状態で、前回よりも大きな磁束密度指令値が入力された場合は、着磁状態において磁束密度指令値が増加し続けると判断することができる。また、磁束密度が
再度減少に転じる場合（関数フラグによって判断できる）には、図７および図８に示したのと同様に、第２の関数ラインＦ２が変換されたライン上に制御電流値Ｉ’が位置するように、制御電流値Ｉ’が決定される。なお、磁束密度指令値が、第２の関数ラインＦ２の最小値（ｘ軸上の点）に達した後で磁束密度指令値が減少から増加に切り替わる場合には、第３の関数変換ラインＦ３’，Ｆ３’’ではなく、第３の関数ラインＦ３上に制御電流値Ｉ’が位置するように、制御電流値Ｉ’が決定される。説明は、省略するが、第２ないし第４象限の各々においても、第１象限と同様にして、制御電流値Ｉ’が決定される。
【００５８】
以上説明したプラズマ処理システム２０によれば、３つの関数９１，９２，９３を、コイル４１への電流の印加履歴に応じて使い分けて、コイル４１に流す電流を制御することによって、電流印加の履歴に関わらず、ヒステリシスに起因する残留磁気の影響を低減することができる。すなわち、磁束密度指令値と、コイル４１に電流を流すことによって実際に得られる磁束密度値と、を従来よりも精度良く一致させることができる。その結果、同一のプラズマ処理システム２０におけるプロセス使用条件の再現性の向上、または、同一仕様のプラズマ処理システム２０同士間の個体差を低減することができる。しかも、継鉄４２が有するヒステリシスの大きさに関わらず、磁束密度指令値と、実際に得られる磁束密度値と、を精度良く一致させることができる。このため、継鉄４２にヒステリシスの小さい材料を使用しなくてもよい。その結果、容易に入手できる安価な材料を継鉄４２に用いることができる。つまり、プラズマ処理システム２０のコスト、および、プラズマ処理システム２０の発注から納品までに要する時間を低減することができる。
【００５９】
さらに、３つの関数９１，９２，９３は、区分線形関数として設定されるので、マイナーループ計算のための大規模な数値解析を行うことなく、磁束密度を許容範囲内の精度で制御することができる。換言すれば、演算負荷の低減と磁束密度の制御精度の確保とを両立させることができる。
【００６０】
さらに、消磁部８５によって消磁を行った後は、第１の関数９１を用いてコイル４１に流す電流（制御電流値Ｉ’）を決定することができる。消磁状態から磁束密度を増減させる場合には、制御電流値Ｉ’を算出するために第１の関数９１の変換を行う必要がない。この場合、着磁状態から磁束密度を増減させる場合、すなわち、関数９２，９３を変換した関数を用いて制御電流値Ｉ’を決定する場合（必ずしも変換を行う必要はないが、磁束密度の制御精度を高めるために変換を行うことが望ましい）よりも単純に行うことができる。したがって、所定のタイミングで消磁を行うことによって、電磁石制御装置５０における演算負荷を低減することができる。所定のタイミングは、演算負荷の低減と、プラズマ処理システム２０のスループットと、のバランスを考慮して適宜設定することができる。例えば、消磁部８５は、プラズマ処理システム２０の起動時のみに消磁を実施してもよい。あるいは、これに代えて、または、加えて、消磁部８５は、プラズマエッチング装置２１において処理対象物の処理に関して待機時間が発生した場合に消磁を実施してもよい。
【００６１】
さらに、着磁状態から磁束密度を増減させる場合に、記憶された関数９２，９３を変換して簡易的な近似を行うことによって、電流印加の履歴に応じて、磁束密度の制御精度を所定の範囲内に確保することができる。したがって、電磁石制御装置５０における演算負荷を低減することができる。特に、磁束密度指令値が増加から減少に転じる場合、または、その逆の場合には、関数９２，９３が再変換されるので、磁束密度の制御精度が十分に確保される。
【００６２】
Ｂ．第２実施例：
本発明の第２実施例について説明する。第２実施例としてのプラズマ処理システム２０は、電磁石４０に代えて、電磁石２４０を備えている。以下、第２実施例について、第１
実施例と異なる点についてのみ説明する。第２実施例の言及しない構成については、第１実施例と同様である。図１１に示すように、電磁石２４０は、４つのコイル４１ａ〜４１ｄと、継鉄２４２と、を備えている。コイルの数は、４つに限定されるものではなく、２以上の任意の数とすることができる。コイル４１ａ〜４１ｄは、上面視で円形を有しており、同心状に配置されているが、図１１では、円の中心に対して片側のみを示している。電磁石２４０では、４つのコイル４１ａ〜４１ｄから所定距離だけ離れた測定点Ｍ１〜Ｍ４において所望の磁束密度が得られるように、コイル４１ａ〜４１ｄに流す電流が制御される。測定点Ｍ１〜Ｍ４は、それぞれ、コイル４１ａ〜４１ｄに対応している。電流値決定部７０は、コイル４１ａ〜４１ｄの各々によって発生する磁界の影響を反映して、コイル４１ａ〜４１ｄに流す電流の値を決定するように構成される。換言すれば、電流値決定部７０は、１つのコイルに対応する測定点において得られるべき磁束密度から、他のコイルから当該測定点に及ぼされる磁束密度を差し引いた磁束密度が、当該測定点において当該１つのコイルから得られるように、コイル４１ａ〜４１ｄに流す電流の値を決定するように構成される。
【００６３】
本実施例では、コイル４１ａ〜４１ｄは、相互に独立した磁路を形成する。これらの磁路を形成する磁界が各測定点Ｍ１〜Ｍ４で得られる磁束密度に与える影響を考慮するために、関数９１，９２，９３が変換されて使用される。図１２は、コイル４１ａに対応する測定点Ｍ１におけるコイル４１ｂ〜４１ｄによる磁界の影響を補正する概念を示している。測定点Ｍ１において、コイル４１ｂ〜４１ｄによる磁界の影響は、関数ライン群Ｃ２〜Ｃ４を用いて考慮される。関数ライン群Ｃ２〜Ｃ４は、それぞれ、ヒステリシスの影響を考慮した場合の、コイル４１ｂ〜４１ｄに流れる電流と、それによって測定点Ｍ１で得られる磁界と、の関係を示している。関数ライン群Ｃ２はコイル４１ｂに、関数ライン群Ｃ３はコイル４１ｃに、関数ライン群Ｃ４はコイル４１ｄにそれぞれ対応している。これらの関数ライン群Ｃ２〜Ｃ４は、概念的には、図３に示した関数９１，９２，９３に対応する関数ラインＦ１〜Ｆ３を縮小および回転させたものである。測定点Ｍ１からコイル４１ｂ，４１ｃ，４１ｄまでの距離はコイル４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの順に遠くなるので、関数ライン群Ｃ２〜Ｃ４は、同じ電流値に対して関数ライン群Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の順に磁束密度が小さくなるように設定されている。同様に、ヒステリシスの影響も関数ライン群Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の順に小さくなる（関数ライン群を構成する各関数ラインと理想直線との距離も小さくなる）。
【００６４】
図１３は、コイル４１ｂに対応する測定点Ｍ２におけるコイル４１ａ，４１ｃ，４１ｄによる磁界の影響を補正する概念を示している。測定点Ｍ２からコイル４１ｄまでの距離は、測定点Ｍ２からコイル４１ａ、４１ｃまでの距離と比較して遠いので、関数ライン群Ｃ４は、同じ電流値に対して関数ライン群Ｃ１、Ｃ３よりも磁束密度が小さくなるように設定されている。
【００６５】
図１４は、コイル４１ｃに対応する測定点Ｍ３におけるコイル４１ａ，４１ｂ，４１ｄによる磁界の影響を補正する概念を示している。測定点Ｍ３からコイル４１ａまでの距離は、測定点Ｍ３からコイル４１ｂ、４１ｄまでの距離と比較して遠いので、関数ライン群Ｃ１は、同じ電流値に対して関数ライン群Ｃ２、Ｃ４よりも磁束密度が小さくなるように設定されている。
【００６６】
図１５は、コイル４１ｄに対応する測定点Ｍ４におけるコイル４１ａ，４１ｂ，４１ｃによる磁界の影響を補正する概念を示している。測定点Ｍ４からコイル４１ａ，４１ｂ，４１ｃまでの距離はコイル４１ｃ，４１ｂ、４１ａの順に遠くなるので、関数ライン群Ｃ１〜Ｃ３は、同じ電流値に対して関数ライン群Ｃ３、Ｃ２、Ｃ１の順に磁束密度が小さくなるように設定されている。
【００６７】
上述した関数ライン群Ｃ１〜Ｃ４は、各測定点Ｍ１〜Ｍ４について、対応する１つのコイルを除く３つのコイルからの影響を予め実測し、その結果を所定の関数に近似することによって定められる。かかる関数ライン群Ｃ１〜Ｃ４に対応する関数は、関数９１，９２，９３を変換することによって近似的に得られる。
【００６８】
このように関数９１，９２，９３を変換することによって得られた関数は、対象の測定点について、加算されて使用される。例えば、測定点Ｍ１において所望の磁束密度が得られるようにコイル４１ａに流す電流値を制御する場合には、第１実施例で説明したように得られる関数９１そのもの、または、関数９２，９３を変換した関数と、図１２に示される３つの関数ラインに対応する変換された３つの関数と、を加算して得られた関数を使用して、制御電流値Ｉ’が決定される。以上のように、予め把握された各コイルの磁界の影響を表す関数を加算することによって、コイル４１ｂ〜４１ｄによって発生する磁界の影響を反映して、コイル４１ａに流す電流を精度良く決定することができる。しかも、各コイルの磁界の影響を表す関数を、関数９１，９２，９３を変換して近似的に取得することによって、有限である記憶部９０の記憶容量を低減することができる。
【００６９】
Ｃ．第３実施例
本発明の第３実施例について説明する。第３実施例としてのプラズマ処理システム２０は、第２実施例と同様の構成を備えている。第３実施例が第２実施例と異なる点は、コイル４１ａ〜４１ｄの少なくとも２つが同一の磁路を形成する場合に、それによる磁界の相互干渉を反映して、コイル４１ａ〜４１ｄに流す電流を決定する点である。以下、この点についてのみ説明する。
【００７０】
図１６Ａに示すように、コイル４１ａ〜４１ｄの各々に対して、他のコイルからの影響を反映するための関数Ａ〜L（これらの関数の少なくとも一部は、係数に置き換えられてもよい）が設定される。例えば、コイル４１ａの行と、コイル４１ｂの列とで定まる欄に記載されている関数Ａは、コイル４１ａに対応する測定点Ｍ１でのコイル４１ｂの影響を反映するための関数である。関数Ａ〜Lは、実測値に基づいて予め近似的に設定される。そして、図１６Ｂに示される行列式によって、制御電流値Ｉ’（第１実施例において関数９１、９２，９３に基づいて補正された電流値）が、さらに補正電流制御値Ｉ’’に補正される。図１６Ｂにおいて、添え字ａ〜ｄは、それぞれコイル４１ａ〜４１ｄに対応している。かかる構成によれば、コイル４１ａ〜４１ｄのうちの少なくとも２つが同一の磁路を形成することによる相互干渉を反映して、磁束密度を精度良く制御することができる。
【００７１】
Ｄ：第４実施例：
本発明の第４実施例について説明する。図１７は、第４実施例としてのプラズマ処理システム３２０の概略構成を示すブロック図である。図１７において、第１実施例（図１参照）と同一の構成要素には、図１と同一の符号を付している。以下では、プラズマ処理システム３２０について、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。図１７に示すように、プラズマ処理システム３２０は、電磁石システム３０に代えて、電磁石システム３３０を備えている。電磁石システム３３０は、電磁石４０と電磁石制御装置３５０とセンサ３４５とを備えている。
【００７２】
センサ３４５は、コイル４１によって発生する磁場の磁束密度を検出する。電磁石４０が第２実施例のように複数のコイルを備えている場合には、センサ３４５は、それぞれのコイルごとに設けられる。センサ３４５は、図１１に示した測定点Ｍ１〜Ｍ４に配置されてもよいし、これらの測定点以外の場所に配置されてもよい。例えば、センサ３４５は、鉄芯内またはチャンバの任意の空間内に配置されてもよい。この場合、センサ３４５の検出値から、測定点Ｍ１〜Ｍ４における磁束密度値が推定計算される。電磁石制御装置３５０は、指令値取得部６０、電流値決定部７０、ドライバ８０および記憶部９０に加えて、
補償部３８５を備えている。補償部３８５は、センサ３４５によって検出された磁束密度と、指令部２２から入力される磁束密度指令値と、の差分に基づいて、当該差分が小さく（理想的には、ほぼゼロに）なるように、制御電流値Ｉ’を補償する。補償部３８５の出力は、制御電流値Ｉ’に加算され、この加算値がドライバ８０に入力される。かかる構成によれば、フィードバック制御によって、磁束密度をさらに精度良く制御することができる。
【００７３】
Ｅ：変形例：
Ｅ−１．変形例１：
上述したプラズマ処理システム２０、３２０において、外部（本実施例では、指令部２２）から入力される指令値は、磁束密度指令値に限定されない。例えば、指令部２２において、磁束密度指令値が電流指令値Ｉに変換され、電流指令値Ｉが指令値取得部６０に入力されてもよい。指令値取得部６０が取得する情報は、磁束密度指令値を特定可能な任意の情報であってもよい。
【００７４】
また、関数９１，９２，９３は、電流指令値Ｉと電流補正量Ｉｃとの対応関係を表す関数に限定されない。関数９１，９２，９３は、磁束密度指令値に対応する制御電流値Ｉ’を最終的に導き出せる任意のパラメータの対応関係を表す関数であってもよい。例えば、関数９１，９２，９３は、磁束密度と電圧との対応関係を表していてもよい。あるいは、関数９１，９２，９３は、磁束密度と電流との関係を表す関数であってもよい。この場合、関数９１，９２，９３は、磁束密度指令値と電流補正量Ｉｃとの関係を表す関数であってもよい。あるいは、関数９１，９２，９３は、磁束密度指令値と制御電流値Ｉ’との関係を表す関数であってもよい。このように、磁束密度と電圧とを対応付けた関数を使用すれば、他のパラメータへの変換を必要とすることなく、所望の磁束密度から、制御電流値Ｉ’を直接的に決定することができる。したがって、電磁石制御装置５０における演算負荷を低減することができる。
【００７５】
Ｅ−２．変形例２：
上述したプラズマ処理システム２０，３２０において、電流値決定部７０は、指令値取得部６０が新たな磁束密度指令値を取得した場合に、前回取得した磁束密度指令値と、新たに取得した磁束密度指令値と、の変化幅に応じて、第１の関数９１、第２の関数９２または第３の関数９３の各項の少なくとも１つに所定の係数を乗じた関数を用いてコイルに流す電流の値を決定してもよい。この場合、所定の係数は、実測に基づいて予め設定されるものであるが、変化幅が大きいほど、小さく設定される。また、プラズマ処理システム３２０において、電流値決定部７０は、指令値取得部６０が新たな磁束密度指令値を取得した場合に、取得した磁束密度指令値と、新たに取得した磁束密度指令値と、の変化幅に応じて、第１の関数９１、第２の関数９２または第３の関数９３に対して、所定の関数の乗算および加算のうちの少なくとも一方を施した関数を用いて、コイル４１ａ〜４１ｄに流す電流の値を決定してもよい。所定の関数は、実測に基づいて予め設定される。残留磁気は、磁束密度値（換言すれば、電流値）の変化幅に応じて変化するが、これらの構成によれば、このような変化を反映できるように所定の係数を設定することによって、磁束密度を精度良く制御することができる。
【００７６】
以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、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勿論である。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、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
２０，３２０…プラズマ処理システム
２１…プラズマエッチング装置
２２…指令部
３０，３３０…電磁石システム
４０，２４０…電磁石
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…コイル
４２，２４２…継鉄
４２ｂ…コイル
５０，３５０…電磁石制御装置
６０…指令値取得部
７０…電流値決定部
８０…ドライバ
８５…消磁部
９０…記憶部
９１…第１の関数
９２…第２の関数
９３…第３の関数
３４５…センサ
３８５…補償部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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