JP2002139165A - モータ駆動バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブ内に挟まった異物を検知してモータの
駆動を調整し、挟みこんだ異物を破壊したり、バルブ自
体を破損することのないモータ駆動バルブを提供する。 【解決手段】 弁体３を駆動するモータ４、圧力調整す
る場所１の圧力を取り込む圧力センサ、弁体３を駆動す
る力を検出する力センサ９、圧力センサ及び力センサ９
で検出したデータの演算して、その結果を基にモータに
対して出力を出す演算部１６を有する。力センサ９から
の出力を随時モニタリングし続け、バルブを閉じる過程
で挟み込みが発生する弁体３の動作範囲を規定し、その
動作範囲の中でそれまでの力センサ９の変化と大きく異
なるデータが検出された場合に、異物が挟まったと判断
して、バルブの動作を開ける動作に瞬間的に変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異物を挟み込むこ
とによる破損を防止することを可能とした半導体製造装
置の処理チャンバ内の圧力を調整するためのモータ駆動
バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置などにおいては、ＣＶＤ
やＲＩＥ装置などの装置内に真空チャンバを設け、その
真空チャンバ内に反応性のガスを流し、そのガスの圧力
を調整しながら処理を行う装置が多く使用されている。
その真空チャンバ内のガス圧力を調整するために用いら
れるバルブとしては、バルブの微妙な開き具合を調整す
るために、サーボモータ等のモータでバルブの弁体の開
閉動作をさせるモータ駆動バルブが広く使用されてい
る。

【０００３】従来のこのモータ駆動バルブについて、図
４及び図５を参照しつつ説明する。図４は、正常な状態
における従来の半導体製造装置の断面図であり、図５
は、異物を挟みこんだ状態における従来の半導体製造装
置の断面図である。図４において、真空チャンバ１内に
は、ガス導入口７ａから反応性のガスが矢印７で示すよ
うに送り込まれ、モータ駆動バルブ本体２の弁座２ａと
弁体３との間隙を通して排気口６ａから矢印６で示すよ
うに排気されている。この排気量をモータ駆動バルブの
開閉で調節して真空チャンバ１内の反応性ガスの圧力を
所定の値に保っている。

【０００４】このモータ駆動バルブは、閉じたときの密
閉性を確保し、かつガスの圧力を精密に制御するように
高速に開閉動作をさせるために、強力なモータ４により
ボールねじ５を回転させて弁体３を開閉駆動させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モータ駆動バルブにおいては、モータ４の駆動力を調整
せずに開閉動作をさせている。したがって、図５に示す
ように、弁体３とバルブ本体１の弁座２ａとの間に異物
８が挟まった場合、モータ４は強力な駆動力で弁体３を
矢印方向に移動させてバルブを閉じることになる。その
結果、異物８を破壊したり、弁体３自体を破損させたり
するという問題があった。特に、異物８が指などの人間
の体の一部である場合などは傷害事故を起こすなど安全
に対しても大変に危険であるという問題もあった。

【０００６】本発明は、バルブの弁体と弁座との間に異
物が挟まった場合に、それを検知してバルブの動作を調
整して異物の挟み込みを防止し、異物やバルブ自体を破
損しないようにしたモータ駆動バルブを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のモータ駆動バル
ブは、容器内の気体の圧力を調整するためのバルブであ
って、弁体を駆動して前記バルブを開閉するモータ、調
整する前記容器内の気体の圧力を検出する圧力センサ、
前記弁体に加わる力を検出する力センサ、及び前記圧力
センサ及び前記力センサからの検出データの演算結果に
基づいて、前記モータに対してその出力を調整する信号
を発信する演算部を有している。

【０００８】この構成のモータ駆動バルブによれば、異
物の挟みこみにより圧力センサ及び力センサの検出デー
タが所定の値以上に変化した場合に、演算部からの信号
によりモータの駆動力を弱めたり、反転させたりするこ
とができる。その結果、異物を破壊したり、弁体を破損
させたりすることがなく、安全に異物を除去することが
できる。

【０００９】本発明の他の観点によるモータ駆動バルブ
は、上記構成のモータ駆動バルブにおいて、前記バルブ
を閉じる過程における異物の挟みこみが発生する前記弁
体の動作範囲を規定し、少なくともその動作範囲内で前
記力センサからの検出データをモニタリングし続け、所
定の前記検出データの変化値と異なったデータが検出さ
れた場合に、前記弁体と本体の弁座との間に異物が挟ま
ったと判断して、前記演算部が前記バルブの動作を閉じ
る動作から開く動作に瞬間的に変化させる信号を前記モ
ータに対して発信することを特徴とする。なお、前記力
センサの検出データを、随時記憶しておく記憶部を有
し、記憶してある検出データに基づいて前記所定の変化
値を更新させるようにするのが好ましい。

【００１０】この構成のモータ駆動バルブによれば、力
センサで検出する領域を規定しているため、弁体の全閉
近傍で急激に変化する検出データによる誤動作を防止す
ることができる。また、力センサの検出データを随時記
憶する記憶部に記憶してある、例えば１０００回の検出
データから算出される平均値などに基づいて前記所定値
を更新させるように構成する。これにより、経年変化な
どでバルブの動作が重くなってきた場合などにおける誤
動作を防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例のモ
ータ駆動バルブについて図１〜図３を参照しつつ説明す
る。

【００１２】《実施例》図１は、本実施例のモータ駆動
バルブを用いた半導体製造装置の断面図である。図１に
おいて、ガス供給口７ａと、排気口６ａとを有する真空
チャンバ１内のガス圧力を調整するために、実施例のモ
ータ駆動バルブは排気口６ａと真空チャンバ１との間に
設置される。バルブの弁体３は、ボールねじ５を回転さ
せて移動させるモータ４によって駆動されて、矢印方向
又はその反対方向に移動し、バルブ本体２との間の隙間
の大きさを調整することで排気量を制御して圧力を調整
する。また、弁体３の駆動部に歪ゲージなどによる力セ
ンサ９が設けられ、その力センサ９の出力は演算部１６
に送られる。演算部１６には記憶部１７が設けられてい
る。

【００１３】正常な状態の時の弁体３の位置と力センサ
９の出力の例を図２に示す。弁体３に加わる力は太い実
線１０で示すようにバルブの全閉の状態の近傍で急激に
変化する。

【００１４】ところが、弁体３とバルブ本体２との間に
異物８が入り込むことがある。この状態の時の弁体３の
位置と力センサ９の出力の例を図３に太い実線１２で示
す。この状態では、異物８を挟みこんだ位置１２ａにお
いて、弁体３に加えられる力は急激に変化し、力センサ
９の出力は大きく変化する。このように弁体３に加えら
れる力を力センサ９で随時監視することにより異物の挟
み込みが検知される。そしてこの力の変化した位置１２
ａにおいてモータ４を反転させ、弁体３の位置を開く方
向に移動させている。その結果、異物８は破壊されず容
易に外部に取り出すことができ、弁体３を破損すること
もない。

【００１５】しかしながら、単純に弁体３に加えられる
力が、所定の値以上になったことにより挟み込みと判断
してしまっては、図３に細い実線１３で示すように、経
年変化でバルブの動作が重くなってきた場合などに挟み
込みでもないのに、挟み込みと判断してしまうことがあ
る。また、バルブが完全に閉じるとき、すなわち弁体３
がバルブ本体２と接触するときは、弁体３の位置の変化
に比べて力の大きさが急激に変化し、挟み込みなのか、
通常の動作なのか判断することが難しい。

【００１６】そこで、本実施例のモータ駆動バルブで
は、単純に弁体３に加わる力が所定値以上になったこと
を検知するのではなく、過去何回分かの力の変化を記憶
部１７に記憶しておき、その記憶してある変化量のデー
タに基づいて所定値を更新して実際に行っている動作に
おける力の変化が、記憶しているその位置での変化量と
どれくらい差があるかによって挟み込みを判断する。つ
まり、所定値を直近の所定回数の変化量の平均値などで
更新することにより、経年変化等によって力の変化具合
がシフトした場合や、徐々に変わっていった場合になど
に対処することができる。

【００１７】さらに、図３に示すように、挟み込みをチ
ェックする領域１１を弁体３の変移位置の情報によって
指定し、それ以外のところでは力センサの出力をチェッ
クしないようにする。このときチェックする領域の最大
値１４は、人間の指などの想定される異物が入り込めな
い程度の位置に指定する。このように指定することで、
全閉近傍での誤動作を防ぐことができる。

【００１８】さらに、力の変化量を比較することと、弁
体３の変移位置の情報によるチェック領域の範囲を設け
る。このことにより、図３の曲線１３で示すような力の
変動が発生したとしても、その変動はチェック領域外な
のでモータの駆動を調整することなくバルブを問題なく
動作させることができる。ここで、チェック領域の最小
値１５は、想定される異物よりも十分に大きい隙間があ
る値として指定しておくことが必要である。

【００１９】なお、この実施例では、弁体３に加えられ
る力を検出する力センサとして、弁体３とボールねじ５
との間にひずみゲージを設けている。それ以外にもモー
タ４の軸とボールねじ５の間にトルクセンサを設けた
り、モータ４の消費電力を検出して発生している力を検
出する方法などを用いても同様な効果が得られる。

【００２０】本実施例のモータ駆動バルブによれば、以
上のような方法でバルブの動作を制御することにより、
異物の挟み込みを防止したバルブを実現することができ
る。また、この実施例のモータ駆動バルブを使用するこ
とで、弁体のメンテナンス時など誤ってバルブを閉める
動作指令を出しても指などを挟むことがなくなり、安全
性が向上する。

【００２１】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明のモータ駆動バルブによれば、弁体に力センサを
搭載し、弁体を閉じる過程における弁体に加わる力を計
測する。そして、そのデータが所定値に比べ大きく変化
した時に異物が挟まったときと認識し、すぐにモータを
反転することで、異物を挟み込むことによる、弁体や異
物の破損を防止することができる。また、力センサの出
力をチェックする領域を弁体の全閉となる領域や想定さ
れる異物より十分に大きい開状態の領域を除く範囲とす
ることにより、異物以外の要因で弁体に加わる力が変化
することによる誤動作を防止できる。さらに,前記力セ
ンサのデータを記憶しておき、記憶したデータの変化に
応じて前記所定値を更新することにより、経時変化など
で弁体に加わる力が変化した場合の誤作動を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のモータ駆動バルブを用いた半
導体製造装置の断面図である。

【図２】正常な状態における、本実施例のモータ駆動バ
ルブの弁体の動きに対する力センサの出力の変化を示す
グラフである。

【図３】異物の挟みこみや経時変化等の状態が生じた場
合における、本実施例のモータ駆動バルブの弁体の動き
に伴う力センサの出力の変化を示すグラフである。

【図４】正常な状態における、従来のモータ駆動バルブ
を用いた半導体製造装置の断面図である。

【図５】異物の挟みこみが生じた状態における、従来の
モータ駆動バルブを用いた半導体製造装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ バルブ本体 ２ａ 弁座 ３ 弁体 ４ モーター ５ ボールねじ ６ａ 排気口 ガ７ａ ガス導入口 ８ 異物 ９ 力センサ １０ 弁体の位置とそのときに加えられる力との関係 １１ 挟み込みのチェック領域 １２ 挟み込み時の弁体の位置とその時に加えられる力
との関係 １２ａ 挟み込み検知位置 １３ 経時変化による力の変化 １３ チェック領域の最大値 １５ チェック領域の最小値 １６ 演算部 １７ 記憶部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内の気体の圧力を調整するための
   バルブであって、 弁体を駆動して前記バルブを開閉するモータ、 調整する前記容器内の気体の圧力を検出する圧力セン
   サ、 前記弁体に加わる力を検出する力センサ、 前記圧力センサ及び前記力センサからの検出データの演
   算結果に基づいて前記モータに対してその出力を調整す
   る信号を発信する演算部を有することを特徴とするモー
   タ駆動バルブ。
2. 【請求項２】 前記バルブを閉じる過程における異物の
   挟み込みが発生する前記弁体の動作範囲を規定し、 少なくともその動作範囲の中における前記力センサから
   の検出データをモニタリングし続け、前記検出データの
   予め定めた値（以下、所定値と言う）の変化値と大きく
   異なった値のデータが検出された場合に、前記弁体とバ
   ルブ本体との間に異物が挟まったと判断して、前記演算
   部が前記バルブの動作を閉じる動作から開ける動作に瞬
   間的に変化させる信号を発信することを特徴とする請求
   項１記載のモータ駆動バルブ。
3. 【請求項３】 前記力センサの検出データ値を随時記憶
   しておく記憶部を有し、前記記憶部に記憶した検出デー
   タ値により、前記演算部に設定してある前記所定の変化
   値の値を更新することを特徴とする請求項２記載のモー
   タ駆動バルブ。