JP2018112266A - Vacuum valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空バルブに関する。 The present invention relates to a vacuum valve.
スパッタやエッチャなどの半導体製造装置に使用される真空バルブとしては、例えば、特許文献1に記載のような真空バルブが知られている。
As a vacuum valve used in a semiconductor manufacturing apparatus such as a sputter or an etcher, for example, a vacuum valve as described in
特許文献1に記載の真空バルブでは、通信手段を介して接続された制御装置の装置制御ユニットによりバルブ本体側の駆動装置が制御される。この制御装置には、格納手段が通信手段を介して接続される。装置制御ユニットは、半導体製造装置等の装置による生産中CLOSE指令とFULL CLOSE指令とからなる指令のいずれかの指令を受信し、格納手段に格納した生産中CLOSE位置又はFULL CLOSE位置データを参照して、生産中CLOSE位置信号又はFULL CLOSE位置信号を生成する。そして、その生産中CLOSE位置信号又はFULL CLOSE位置信号によりバルブの動作を行わせる。
In the vacuum valve described in
しかしながら、特許文献1に記載の真空バルブでは、格納手段が制御装置側に設けられているので、格納手段に格納した生産中CLOSE位置又はFULL CLOSE位置データと、バルブ本体側の生産中CLOSE位置又はFULL CLOSE位置とがバルブ本体毎に異なっている場合には、バルブ本体に対して制御装置を交換したときに、適切なバルブ動作を行わせることができないおそれがあった。
However, in the vacuum valve described in
本発明の好ましい実施形態による真空バルブは、弁体および前記弁体を開閉駆動するモータを有するバルブ本体と、前記モータを駆動制御するバルブ制御装置とを備え、前記バルブ本体に対して前記バルブ制御装置が交換可能な真空バルブにおいて、前記バルブ本体は、バルブ本体毎の駆動特性の差異を表す特性情報が記憶される第1の記憶部を備え、前記バルブ制御装置は、前記特性情報を前記第1の記憶部から読み込み、前記特性情報に基づいて前記モータを駆動制御する。
さらに好ましい実施形態では、前記特性情報は前記バルブ本体の弁体開閉駆動に関する駆動特性であって、前記バルブ制御装置は前記駆動特性に基づいて前記モータを駆動制御する。
さらに好ましい実施形態では、前記バルブ制御装置は、前記バルブ本体の弁体開閉駆動に関する駆動特性が、複数の機種について記憶される第2の記憶部を備え、前記第1の記憶部に記憶される前記特性情報は前記バルブ本体の機種を示す機種情報であって、前記バルブ制御装置は、前記第1の記憶部から読み込まれた前記機種情報に対応する機種の前記駆動特性に基づいて前記モータを駆動制御する。
A vacuum valve according to a preferred embodiment of the present invention includes a valve body having a valve body and a motor that drives the valve body to open and close, and a valve control device that drives and controls the motor, and controls the valve with respect to the valve body. In a vacuum valve that can be exchanged, the valve body includes a first storage unit that stores characteristic information indicating a difference in driving characteristics for each valve body, and the valve control device stores the characteristic information in the first valve unit. 1 is read from the
In a further preferred embodiment, the characteristic information is a driving characteristic related to a valve body opening / closing drive of the valve body, and the valve control device controls the driving of the motor based on the driving characteristic.
In a further preferred embodiment, the valve control device includes a second storage unit that stores drive characteristics related to the valve body opening / closing drive of the valve body for a plurality of models, and is stored in the first storage unit. The characteristic information is model information indicating a model of the valve body, and the valve control device controls the motor based on the drive characteristics of a model corresponding to the model information read from the first storage unit. Drive control.
本発明によれば、バルブ本体とバルブ制御装置との組み合わせを変えても、バルブ本体を適切に制御することができる。 According to the present invention, the valve body can be appropriately controlled even if the combination of the valve body and the valve control device is changed.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は、本発明の真空バルブの一実施の形態を示す図であり、真空装置に搭載された状態を示す。真空バルブ1のバルブ本体10は、真空装置の真空チャンバ3の排気口(不図示)に装着される。真空チャンバ3の排気口にはバルブ本体10の吸気口(不図示)が接続され、バルブ本体10の排気口(不図示)に真空ポンプ2が接続される。バルブ本体10のバルブプレート100を開くと、真空チャンバ3が真空ポンプ2によって排気される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a vacuum valve according to the present invention, and shows a state where the vacuum valve is mounted on a vacuum apparatus. The
バルブプレート100はモータ101により揺動駆動され、それにより開閉動作を行う。バルブ本体10の駆動はバルブ制御装置11によって行われる。図1に示す真空バルブ1は、バルブ本体10とバルブ制御装置11とが別体で設けられており、両者はケーブル102によって接続される。ただし、本発明は図1に示すような別体型に限らず、バルブ本体とバルブ制御装置とが一体となった一体型の真空バルブにも適用することができる。
The
真空チャンバ3には、流量コントローラ32を介してプロセスガス等のガスが導入される。流量コントローラ32からはガス流量Q[Pa・m3/s]のデータが出力される。真空チャンバ3の圧力は、真空計31によって計測される。ガス流量データおよび圧力データは、真空装置のメインコントローラ(不図示)に入力される。
A gas such as a process gas is introduced into the
図2は、真空バルブ1を真空チャンバ3側から見た平面図である。上述したように、ハウジング103内に設けられたバルブプレート100は、モータ101により揺動駆動される。ハウジング103の表側には、真空チャンバ3に接続されるフランジ104が設けられている。図示していないが、ハウジング103の裏側にも、フランジ104と対向する位置に排気側のフランジが設けられている。そのフランジに真空ポンプ2が接続される。バルブプレート100は、バルブ開口部104aの全体に対向する全遮蔽位置C2と、バルブ開口部104aに全く対向しない全開放位置C1との間の任意の位置にスライド移動させることができる。
FIG. 2 is a plan view of the
バルブプレート100によるバルブ開口部104aの遮蔽状態は、開度と呼ばれるパラメータで表される。開度とは、比=(バルブプレートの揺動角):(全遮蔽状態からバルブ開口部104aが全て解放されるまでの揺動角)をパーセントで表したものである。図2の全遮蔽位置C2は開度=0%であり、全開放位置C1は開度=100%である。すなわち、バルブプレート100の開度を調整することにより、真空バルブ1のコンダクタンスを制御する。
The shielding state of the valve opening 104a by the
バルブプレート100を揺動駆動するモータ101には、一般にステッピングモータが用いられる。本実施の形態ではモータ101をマイクロステップ制御することにより、高精度な位置制御を行わせるようにしている。
A stepping motor is generally used as the
図3は、バルブ制御装置11の一例を示すブロック図である。ここでは、モータ101に2相のステッピングモータを用いる場合を例に説明する。バルブ本体10に設けられたモータ101の回転位置は、エンコーダ106によって検出される。エンコーダ106には、例えば、磁気ロータリーエンコーダが用いられる。モータ101は、バルブ制御装置11に設けられたインバータ118によって駆動される。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the
図4は、モータ101と、モータ101を駆動するインバータ118とを説明する図である。モータ101には、回転子200の周囲にA相コイル201AおよびB相コイル201Bが複数配置されている。例えば、2相4極モータであればA相、B相、A相、B相のように4つのコイルが配置されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the
回転子200のモータ軸の軸端には、回転位置検出用の永久磁石202が設けられている。符号Jはモータ軸の軸芯を示しており、永久磁石のN極、S極は周方向に180度ピッチで配置されている。エンコーダ106に設けられたセンサ部106aには、ホール素子が設けられている。エンコーダ106は、永久磁石202の磁極方向をセンサ部106aに設けられたホールセンサで検出することにより、回転子200の回転位置を検出している。
A
インバータ118には、4つのスイッチング素子S1〜S4を用いたフルブリッジ回路118A,118Bが、A相コイル201AおよびB相コイル201Bに対して設けられている。スイッチング素子S1〜S4にはトランジスタやIGBT等が用いられ、各スイッチング素子S1〜S4にはダイオードD1〜D4が並列接続されている。PWM信号生成部117からのスイッチング信号によりインバータ118のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御することにより、A相コイル201AおよびB相コイル201Bを通電する。
The
回転子200がA相コイル201Aの位置からB相コイル201Bの位置まで回転したときの角度が、基本ステップ角(フルステップ角)である。2相4極モータの場合には、基本ステップ角は90度である。高分解能位置決めを可能にするマイクロステップ駆動は、基本ステップ角をさらに電気的に細分化して駆動するものであり、A相コイル201AとB相コイル201Bの電流配分を徐々に変化させることで、基本ステップ角の間が複数のステップに分割される。一般的には、A相コイル201AおよびB相コイル201Bに図5に示すような正弦波状電流が通電されるように、インバータ118をPWM制御する。
The angle when the
永久磁石202は、永久磁石202のN極の位置と回転子200のN極の位置とが一致するようにモータ軸に固定される。しかしながら、永久磁石202の取り付けに誤差が生じた場合、図4に示すように、回転子200のN極と永久磁石202のN極との間に角度ズレ(ズレ角度Δθ)が発生する。その結果、モータ101の位置決め精度が低下してしまう。
The
本実施の形態では、ズレ角度Δθが、バルブ本体10の側に設けられた不揮発性のメモリ107に記憶される。ズレ角度Δθは、バルブ本体10の組立後に計測しておき、その計測された値を図3のメモリ107に書き込むようにする。ズレ角度Δθの計測方法としては、例えば、B相コイル201Bの通電を停止し、A相コイル201Aのみに通電し、ズレ角度Δθを計測する。そのように通電すると、回転子200のN極はA相コイルに引きつけられ、回転子200は、そのN極がA相コイル201Aに対向するような位置で停止する。この状態においてエンコーダ105により検出される角度がズレ角度Δθであり、検出されたズレ角度Δθはメモリ107に記憶される。真空バルブ1の製造者によって、検出されたズレ角度Δθをメモリ107に記憶させておくことが一般的ではあるが、真空バルブ1のユーザによって、検出されたズレ角度Δθをメモリ107に記憶させることも可能である。
In the present embodiment, the deviation angle Δθ is stored in a
バルブ制御装置11がバルブ本体10と接続され、バルブ制御装置11の電源がオンされると、モータ駆動制御部110は、バルブ本体10側のメモリ107に記憶されているズレ角度Δθを読み込んで、モータ駆動制御部110のθ補正部113(図3参照)に記憶する。
When the
エンコーダ106は、回転子200の回転位置θrを検出する。検出された回転位置θrは、モータ駆動制御部110のθ補正部113およびωr生成部114に入力される。ωr生成部114は、入力された回転位置θrに基づいて回転速度ωrを算出する。θ補正部113は、メモリ107から読み込んだズレ角度Δθに基づいて、回転位置をθrc=θr−Δθのように補正する。
The
マイクロステップ制御部115は、バルブプレート100を位置決めする目標位置に基づいて角度位置指令および角速度指令を生成し、それらに基づく目標電流値指令iαs,iβsを出力する。電流制御器116には目標電流値指令iαs,iβsと計測された電流値iαr,iβrとの差分をゼロに近づけるように、電圧指令をPWM信号生成部117に出力する。PWM信号生成部117は、電流制御器116から入力された電圧指令に基づいて、インバータ118の各スイッチング素子S1〜S4をスイッチングするためのPWMスイッチング信号を生成する。
The
以上のように、本実施の形態では、バルブ本体10はメモリ107を備えており、メモリ107には、エンコーダ106で回転子200の回転位置を検出する際の検出誤差データが、バルブ本体毎の駆動特性の差異を表す特性情報として記憶されている。そして、θ補正部113において、検出された回転位置θrを検出誤差データであるズレ角度Δθでθrc=θr−Δθのように補正し、補正後のθrcを用いてモータ101を駆動制御する。
As described above, in the present embodiment, the valve
このように、ズレ角度Δθに基づいて補正された回転位置θrcを用いてモータ101を駆動制御するので、永久磁石202やエンコーダ106に取り付け誤差が生じた場合でも、精度良くバルブプレート100を位置決めすることができる。
As described above, since the
ところで、バルブ制御装置11とバルブ本体10とは一対一で対応付けられているわけではなく、同一機種であれば、バルブ制御装置11を異なる機台のバルブ本体10と組み合わせて使用することが可能である。本実施の形態では、バルブ本体10のメモリ107に記憶されている角度ズレΔθをバルブ制御装置11側に読み込み、エンコーダ106で検出した回転位置θrをズレ角度Δθで補正しているので、バルブ制御装置11を交換した場合でも自動的にズレ角度Δθの補正が行われる。すなわち、バルブ本体10とバルブ制御装置11との組み合わせを変えた場合でも、メモリ107に記憶された情報に基づいてバルブ本体10を適切に制御することができる。
By the way, the
このような機台毎の誤差としては、上記ズレ角度Δθとは別に、バルブプレート100の初期位置(基準位置)とモータ回転位置との関係などがあり、その場合も同様に適用することができる。
As such an error for each machine base, there is a relationship between the initial position (reference position) of the
(変形例1)
上述した実施の形態では、同一機種の間でバルブ制御装置11とバルブ本体10との組み合わせを変更した場合でも、正確なバルブ制御(バルブプレートの位置決め制御)を行うことができることについて説明した。変形例1では、機種の異なるバルブ本体10とバルブ制御装置11とを接続して用いる場合について説明する。
(Modification 1)
In the above-described embodiment, it has been described that accurate valve control (valve plate positioning control) can be performed even when the combination of the
例えば、機種Aのバルブ本体10Aと機種Bのバルブ本体10Bを、機種Aのバルブ制御装置11Aに接続する場合について考える。この場合、バルブ本体10Aのメモリ107Aおよびバルブ本体10Bのメモリ107Bには、回転位置の検出誤差である角度ズレΔθと、バルブプレート100の開閉駆動に関する駆動特性とが、バルブ本体毎の駆動特性の差異を表す特性情報として記憶されている。
For example, consider a case where a model A valve body 10A and a model
バルブプレート100の開閉駆動に関する駆動特性としては、バルブプレート100の質量や回転軸に関する慣性モーメント等がある。変形例1では、バルブプレート100が搖動駆動されるので、慣性に関する情報としてバルブプレート100の慣性モーメントが記憶されている。ここでは、バルブ本体10Aの慣性モーメントをIaとし、バルブ本体10Bの慣性モーメントをIb(>Ia)とする。
The drive characteristics related to the opening / closing drive of the
図6は、バルブ本体10Bにバルブ制御装置11Aを接続して使用する場合を示すブロック図である。ここでは、モータ101の仕様は、バルブ本体10A,10Bで同一であるとする。メモリ107Bには、角度ズレΔθbとバルブプレート100の慣性モーメントIbが記憶されている。図示していないが、同様に、バルブ本体10Aには角度ズレΔθaと慣性モーメントIaが記憶されている。
FIG. 6 is a block diagram showing a case where the
角度ズレΔθbに関する補正は上述した実施の形態と同様であり、説明は省略する。メモリ107Bから読み出された慣性モーメントIaは、マイクロステップ制御部115に設けられた不揮発性のメモリ115aに記憶される。マイクロステップ制御部115は、角度位置指令および角速度指令に対して目標電流値指令iαs,iβsを生成する場合、バルブプレート100の慣性モーメントの大きさに応じた制御パラメータに基づいて目標電流値指令iαs,iβsを生成する。例えば、慣性モーメントIaの場合には制御パラメータPAが選択され、慣性モーメントIb(>Ia)の場合には、慣性モーメントIaの場合よりも大きなモータ電流が流れるような制御パラメータPBが選択される。その結果、バルブプレート100の慣性モーメントが異なるバルブ本体10A,10Bのいずれが接続された場合でも、バルブプレート100の動作を同一とすることができる。
The correction for the angle deviation Δθb is the same as that in the above-described embodiment, and a description thereof will be omitted. The moment of inertia Ia read from the
変形例1では、バルブ本体毎の駆動特性の差異を表す特性情報として、角度ズレΔθとバルブプレート100の慣性に関する情報とがメモリ107Bに記憶されているが、バルブ本体毎の駆動特性の差異を表す特性情報としては種々のものが考えられる。例えば、機種が異なるとバルブプレート100のフルストローク(開度0%から開度100%までの回転角度)が異なる場合がある。その場合には、特性情報としてフルストロークを記憶させれば良い。
In the first modification, the angle deviation Δθ and the information related to the inertia of the
(変形例2)
変形例2も、変形例1の場合と同様に、機種の異なるバルブ本体10とバルブ制御装置11とを接続して用いる構成に関する。変形例2では、図6のバルブ本体10側のメモリ107には、バルブ本体10の機種に関するデータ、すなわち機種を区別するデータ(以下では、機種情報と呼ぶことにする)が記憶されている。一方、バルブ制御装置11のマイクロステップ制御部115のメモリ115aには、バルブ本体10の弁体開閉駆動に関する駆動特性(例えば、バルブプレート100の慣性モーメント)が複数の機種について記憶されている。ここでは、2種類の機種A,Bの慣性モーメントIa,Ibに関する制御パラメータPA,PBが記憶されているとして説明する。
(Modification 2)
As in the case of the first modification, the second modification also relates to a configuration in which a
図6のように、機種Aのバルブ制御装置11Aに機種Bのバルブ本体10Bが接続された場合、バルブ制御装置11Aの電源を起動すると、メモリ107Bから機種Bという機種情報がバルブ制御装置11Aに設けられたマイクロステップ制御部115に読み込まれる。そして、読み込んだ機種情報が機種Bであると認識されると、機種Bの慣性モーメントIbに対応する制御パラメータPBが選択され、制御パラメータPBに基づいて目標電流値指令iαs,iβsが生成される。
As shown in FIG. 6, when the
以上のように、変形例1では、バルブ本体10B側のメモリ107Bに駆動特性である慣性モーメントIbを記憶させて、それをバルブ制御装置11Aに読み込んでモータ101を駆動制御するようにした。一方、変形例2では、バルブ制御装置11A側のメモリ115aに機種A,Bの制御パラメータPA,PBが記憶され、バルブ本体10B側のメモリ107Bに記憶された機種情報(機種Bというデータ)を読み込んで、その機種Bに対応する制御パラメータPBを基づいてモータ101を駆動制御する。いずれの場合も、バルブ本体に対してバルブ制御装置を交換して使用しても、バルブ本体の駆動特性に応じて適切に制御することができる。
As described above, in
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。例えば、揺動式の真空バルブを例に説明したが、弁体が直線的にスライドする真空バルブや、さらには、スライド式以外の方式で開閉する真空バルブにも適用することができる。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. For example, although the swinging vacuum valve has been described as an example, the present invention can also be applied to a vacuum valve in which a valve body slides linearly, and to a vacuum valve that opens and closes by a method other than a sliding type. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
1…真空バルブ、10,10A,10B…バルブ本体、11,11A…バルブ制御装置、101…モータ、106…エンコーダ、106a…センサ部、107,107A,107B…メモリ、110…モータ駆動制御部、113…補正部、114…ωr生成部、115…マイクロステップ制御部、116…電流制御器、117…PWM信号生成部、118…インバータ、200…回転子、202…永久磁石
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記バルブ本体は、バルブ本体毎の駆動特性の差異を表す特性情報が記憶される第1の記憶部を備え、
前記バルブ制御装置は、前記特性情報を前記第1の記憶部から読み込み、前記特性情報に基づいて前記モータを駆動制御する、真空バルブ。 In a vacuum valve comprising a valve body having a valve body and a motor for driving to open and close the valve body, and a valve control device for driving and controlling the motor, wherein the valve control device is replaceable with respect to the valve body,
The valve body includes a first storage unit that stores characteristic information indicating a difference in driving characteristics for each valve body,
The valve control device is a vacuum valve that reads the characteristic information from the first storage unit and controls driving of the motor based on the characteristic information.
前記バルブ本体は、前記モータの回転位置を検出する検出部を備え、
前記特性情報は前記検出部の検出誤差データであり、
前記バルブ制御装置は、
前記検出誤差データに基づいて、前記検出部で検出された前記回転位置を補正する補正部を備え、
前記補正部で補正された回転位置に基づいて前記モータを駆動制御する、真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 1,
The valve body includes a detection unit that detects a rotational position of the motor,
The characteristic information is detection error data of the detection unit,
The valve control device
A correction unit that corrects the rotational position detected by the detection unit based on the detection error data;
A vacuum valve that drives and controls the motor based on the rotational position corrected by the correction unit.
前記バルブ制御装置は、前記バルブ本体の弁体開閉駆動に関する駆動特性が、複数の機種について記憶される第2の記憶部を備え、
前記第1の記憶部に記憶される前記特性情報は前記バルブ本体の機種を示す機種情報であって、
前記バルブ制御装置は、前記第1の記憶部から読み込まれた前記機種情報に対応する機種の前記駆動特性に基づいて前記モータを駆動制御する、真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 1,
The valve control device includes a second storage unit in which drive characteristics related to the valve body opening / closing drive of the valve body are stored for a plurality of models.
The characteristic information stored in the first storage unit is model information indicating a model of the valve body,
The valve control device is a vacuum valve that drives and controls the motor based on the driving characteristics of a model corresponding to the model information read from the first storage unit.
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