JP4486176B2 - 真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等で使用される高周波自動整合器内の真空バリアブルコンデンサの回転軸をステッピングモータで回転させるときの回転位置の判別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体、液晶等を製造する装置として、高周波電力によって発生するプラズマを利用した装置がある。図１は、高周波電力によって発生するプラズマを利用した装置の機能説明図である。
図１において、高周波電源１は、高周波電力を発生させる電源であり、高周波電力の伝送線路である同軸ケーブル４と高周波自動整合器２とを介してプラズマ負荷装置３に高周波電力を供給する電源装置である。
プラズマ負荷装置３は、高周波電源１から供給される高周波電力によってプラズマを発生させて、エッチング、ＣＶＤ等の用途に利用する装置である。
【０００３】
高周波自動整合器２は、高周波電源１から供給された高周波電力をプラズマ負荷装置３に効率良く供給するために、高周波電力の伝送線路とプラズマ負荷装置３との間のインピーダンスを自動的に整合させる装置である。高周波電力の伝送線路とプラズマ負荷装置３との間のインピーダンスが整合していないと、プラズマ負荷装置３で反射波電力が発生するので、高周波電力を効率良くプラズマ負荷装置３に供給できない。
【０００４】
インピーダンスを整合させるには、コンデンサ及びインダクタによってインピーダンスを変換する方法が一般的に知られている。通常は、プラズマ負荷装置３のインピーダンスが一定でないので、真空バリアブルコンデンサ５（以下、バリコン５という）、バリアブルインダクタ等の可変インピーダンス素子を使用してインピーダンスを整合させる。
【０００５】
図１に示した高周波自動整合器２では、２個のバリコン及び２個のインダクタを用いてインピーダンスを変換している。
このような回路構成の場合、インピーダンスを変換させるためには、バリコンの静電容量を、プラズマ負荷装置３のインピーダンスにあわせて変化させればよい。
なお、高周波電源１の発振周波数によっては、固定コンデンサ、バリアブルインダクタ等を使用する回路構成もある。
【０００６】
ここでバリコン５は、内部が真空になっていて、回転軸を回転させることによって静電容量が変化する構造になっている。図２は、バリコン５の回転軸の回転位置（以下、バリコン５の回転位置という）に対する静電容量の一例を示す回転位置・静電容量対応図である。そのために、バリコン５の回転軸とモータの回転軸とを連結すれば、モータの回転軸を回転させてバリコン５の静電容量を変化させることができる。
モータの種類は、ＤＣモータ、サーボモータ等各種あるが、高周波自動整合器２にはステッピングモータ６が広く使用されている。
【０００７】
そこで、カップリング７を用いてバリコン５の回転軸とステッピングモータ６の回転軸とを連結すれば、ステッピングモータ６の回転軸の回転に応じてバリコン５の回転軸が回転し、静電容量を変化させることができる。
ここで、インピーダンスが整合するときのバリコン５の回転位置が、予め求められている又は設定されているとすれば、この回転位置と現在の回転位置との差だけバリコン５の回転軸を回転させれば、インピーダンスを整合させることができる。
すなわち高周波自動整合器２は、ステッピングモータ６の回転軸の回転位置（以下、ステッピングモータ６の回転位置という）を検出すれば、バリコン５の回転位置が分かる。また、ステッピングモータ６の回転位置を制御することによってインピーダンスを整合させることができる。
【０００８】
図３は、従来技術で用いていた多回転ポテンショメータ８及びギア９，１０とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が判別できるように取り付けたときの従来技術構成配置図である。
従来技術では、図３のように、多回転ポテンショメータ８及びギア９，１０を用いてバリコン５の回転位置を検出していた。
バリコン５の回転軸は、カップリング７を用いて、ステッピングモータ６の回転軸と連結されていて、ステッピングモータ６の回転軸を回転させることによってバリコン５の回転軸が回転して静電容量が変化するようになっている。なお、カップリング７は絶縁材を使用して、バリコン５とステッピングモータ６とを絶縁している。
【０００９】
絶縁材で作られた支持板１１は、バリコン５と固定板１２とを電気的に絶縁するとともに、バリコン５を固定板１２に固定する。固定板１２は、ステッピングモータ６と支持板１１とを固定する。
【００１０】
ステッピングモータ６の回転軸と多回転ポテンショメータ８の回転軸とに、それぞれギア９，１０が取り付けられ、この２個のギア９，１０の歯車がかみ合うように、ステッピングモータ６と多回転ポテンショメータ８とが配置されているので、ステッピングモータ６の回転軸が回転すると、２個のギア９，１０を介して多回転ポテンショメータ８の回転軸が回転する構造になっている。
【００１１】
多回転ポテンショメータ８は、回転軸が回転するに従い抵抗値が変化する素子である。そのために、ステッピングモータ６の回転軸の回転に応じて、多回転ポテンショメータ８の回転軸が回転して抵抗値が変化する。
すなわち、バリコン５の回転軸が回転すると、多回転ポテンショメータ８の抵抗値が変化する。
【００１２】
図４は、ポテンショメータ８の抵抗値によって変化する電圧を検出するための電圧検出回路図である。
図４のＡ点は、多回転ポテンショメータ８の抵抗値によって変化する電圧の検出点であり、Ｂ点は、Ａ点の検出電圧を増幅回路を用いて増幅した後の電圧検出点である。増幅回路は、例えば、ＯＰアンプを使用した非反転増幅回路が使用できる。
図５は、バリコン５の回転位置に対する図４のＡ点及びＢ点の検出電圧の一例を示すバリコン回転位置・検出電圧対応図である。図５の点線は、Ａ点の検出電圧であり、実線はＢ点の検出電圧である。
【００１３】
以下に、図４のＡ点又はＢ点からバリコン５の回転位置を判別する従来技術の手順を図５を参照して説明する。
バリコン５の回転位置を判別するには、（１）Ａ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法と、（２）Ｂ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法とがある。
【００１４】
（１）Ａ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法の場合は、バリコン５の回転位置を判別するために、Ａ点の電圧とバリコン５の回転位置との相関関係のデータを高周波自動整合器２の制御回路に記憶する。
この場合、Ａ点の電圧をＡ／Ｄ変換するために、図４の増幅回路の代わりにＡ／Ｄ変換器を接続する。
相関関係のデータを記憶していれば、次回にＡ点の電圧を検出したときに、Ａ点の電圧に対するバリコン５の回転位置が判別できる。
【００１５】
（２）Ｂ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法の場合は、図５の実線で示すように、Ｂ点の電圧が特定の基準電圧になるように、図４の増幅回路の出力電圧を調整すればよい。
例えば、バリコン５の回転位置が１０回転のときの基準電圧を１０［Ｖ］に決める場合に、バリコン５の回転位置が１０回転のときのＡ点の検出電圧が５［Ｖ］であるときは、増幅回路の増幅率を２倍にして、Ｂ点の検出電圧を１０［Ｖ］にすればよい。
このようにＢ点の電圧が特定の基準電圧になるようにしておけば、次回にＢ点の電圧を検出したときに、先に調整した基準電圧と比較することによって、バリコン５の回転位置を判別することができる。なお、図５に示すように、実線（Ｂ点の検出電圧）は比例しているので、Ｂ点の電圧は１点だけ調整しておけば、他の点は比例計算することができる。
例えば、次回に検出したＢ点の電圧が２［Ｖ］の場合、バリコン５の回転位置は２回転であると判別することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造装置等で使用される高周波自動整合器２は、小型化を要求されることが多い。
しかし、従来技術では、第１の問題点として、多回転ポテンショメータ８とギア９，１０とから成る検出回路を用いてバリコン５の回転位置を検出しているために、検出回路の体積が大きくなってしまう欠点があった。
さらに、ギア９，１０は以下の理由で小型化することができないので、検出回路も小型化することができなかった。
【００１７】
▲１▼高周波自動整合器２は、高速にインピーダンスを整合させることが要求されるので、バリコン５の静電容量を高速に変化させる必要がある。よって、ステッピングモータ６の回転軸は高速で回転させる必要がある。
しかし、多回転ポテンショメータ８の回転軸を高速で回転させると、多回転ポテンショメータ８の回転軸、摺動接点等に負担がかかり、接触部分の摩耗による性能劣化、故障等の原因になる。そのために、回転軸、摺動接点等の負担を低減させるために、ギア比を大きくしてバリコン５の回転軸の回転数に対する多回転ポテンショメータ８の回転軸の回転数を減らして多回転ポテンショメータ８の負担を低減する必要がある。
すなわち、ステッピングモータ６に取り付けられているギア９の大きさよりも、多回転ポテンショメータ８に取り付けられているギア１０を大きくする必要がある。
【００１８】
▲２▼バリコン５の回転軸の回転角度は、多回転ポテンショメータ８の回転軸の回転角度に比べて大きいので、ギア比を大きくして多回転ポテンショメータ８の仕様に適合するように設計する必要がある。
【００１９】
第２の問題点として、多回転ポテンショメータ８の回転軸を回転させて抵抗値を変化させているので、接触部分の摩耗による性能劣化が生じる。そのために、機械的な寿命が短いという欠点があった。
【００２０】
第３の問題点として、バリコン５の回転位置を判別するには、前述したように、（１）図４のＡ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法と、（２）図４のＢ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法とがあるが、次に示すように、バリコン５が異なるとデータ測定又は部品定数の調整を行う必要があり、作業工数が増えるという欠点があった。
【００２１】
（１）図４のＡ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法の場合は、多回転ポテンショメータ８の検出精度、ギア９，１０の寸法精度等にばらつきがあるために、バリコン５の回転位置が同じであってもＡ点の検出電圧には、ばらつきが生じる。そのために、バリコン５が異なるごとに、Ａ点の電圧とバリコン５の回転位置との相関関係のデータを測定する必要がある。
【００２２】
（２）図４のＢ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法の場合は、図４に示す増幅回路が必要であり、適切な部品定数に調整する必要がある。例えば、ＯＰアンプを使用した非反転増幅回路を増幅回路として使用した場合、抵抗値等の部品定数を調整する必要がある。
この場合でも、多回転ポテンショメータ８の検出精度、ギア９，１０の寸法精度等にばらつきがあるために、バリコン５の回転位置が同じであってもＡ点及びＢ点の検出電圧にはばらつきが生じる。
そのために、バリコン５が異なるごとに、Ｂ点の検出電圧が基準電圧になるように、増幅回路の部品定数を調整する必要がある。
【００２３】
本発明は、構成部品の体積を小さくする。また、非接触の手段によってバリコン５の回転位置を判別できるようにすることによって、高周波自動整合器２を小型化し、機械的な寿命を延ばし、個々のバリコン５に対するデータ測定又は回路の部品定数の調整を不要にすることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、真空バリアブルコンデンサの回転軸をステッピングモータで回転させるときの回転位置判別方法であって、
前記真空バリアブルコンデンサの回転軸の回転に応じてスリットを有するコードホイールを回転させるとともに、位相をずらした第１及び第２の検出信号を出力する非接触の手段であるフォトセンサ回路を用いて、前記コードホイールのスリットの有無を検出することによって、前記第１及び第２の検出信号を前記真空バリアブルコンデンサの回転軸の回転に応じてレベルが変化する第１及び第２のパルス信号とし、前記第１のパルス信号のレベルが変化するときに、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号との関係から真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を最大±１パルスの範囲でカウントし、
前記パルス信号のパルス数をカウントすることによって判別できる真空バリアブルコンデンサの回転位置の前回判別された回転位置に、前記変化量を加算することによって、現在の真空バリアブルコンデンサの回転位置を判別することを特徴とする真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法である。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の前記第１のパルス信号がスリット有を示すレベルからスリット無を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット無を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を＋１パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット無を示すレベルからスリット有を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット無を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を−１パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット有を示すレベルからスリット無を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット有を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を±０パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット無を示すレベルからスリット有を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット有を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を±０パルスとすることを特徴とする真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法である。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の真空バリアブルコンデンサの回転軸が正回転した場合は、第１のパルス信号の方に比べて第２のパルス信号の方が、パルス信号の位相が進んでいることを特徴とする真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図６は、バリコン５の回転位置を判別するときの本発明の実施例を示すブロック図である。
【００２８】
回転位置検出回路１７は、後述するフォトセンサ回路１３とコードホイール１４とから成る検出回路であり、非接触の手段によってコードホイール１４のスリットの有無を検出し、検出信号をパルス信号として出力する。
【００２９】
３ビットカウンタ１８は、３ビットのカウントデータを出力するパルスカウンタであり、２進数で０００乃至１１１までの範囲でパルス数をカウントすることができる。すなわち、１０進数で０乃至７までの範囲でパルス数をカウントすることができる。また、カウント値は、一定周期時間毎に制御回路１９に出力される。
ここで、３ビットカウンタ１８から制御回路１９にカウント値を出力する周期時間は、ステッピングモータ６が最大速度で回転した時にフォトセンサ回路１３から出力されるパルス信号の周期時間よりも短いようにする。このようにすれば、一定周期時間毎に出力されるカウント値の変化量は、最大±１パルスになる。
例えば、コードホイール１４のスリットが２００スリットあり、ステッピングモータ６が最大１０回転／秒で回転する時、フォトセンサ回路１３から出力されるパルス信号の周期時間は、５００μ秒である。そのために、３ビットカウンタ１８から制御回路１９にカウント値を出力する周期時間を２５０μ秒にする。
【００３０】
次に、３ビットカウンタ１８のカウント値を１０進数に換算して説明をする。
バリコン５の静電容量が大きくなるようにステッピングモータ６が回転した時を正回転とし、逆方向に回転した時を逆回転とすると、正回転した時は、回転位置検出回路１７から１パルス入力される毎に、カウント値が、０→１→２→３→４→５→６→７→０→１→２・・・と変化し、逆回転した時は、回転位置検出回路１７から１パルス入力される毎に、カウント値が、０→７→６→５→４→３→２→１→０→７→６・・・と変化する。
【００３１】
目標回転位置設定回路２０は、インピーダンスが整合する静電容量になるように、バリコン５の回転位置を設定する回路である（以下、設定された回転位置を、目標回転位置という）。なお、目標回転位置は予め求められているか又は設定されている。
【００３２】
制御回路１９は、次の機能を有する回路である。
▲１▼３ビットカウンタ１８から入力されたカウント値によって、バリコン５の現在の回転位置（以下、現在回転位置という）を求める機能。
▲２▼目標回転位置設定回路２０によって設定された目標回転位置と現在回転位置とを比較し、バリコン５の回転位置が目標回転位置になるように、目標回転位置と現在回転位置との差だけドライバ回路２１に回転指令信号を出力する機能。
▲３▼任意の方向にステッピングモータ６の回転軸が回転するように、ドライバ回路２１に回転指令信号を出力する機能。
【００３３】
ドライバ回路２１は、制御回路１９から入力された回転指令信号に従いステッピングモータ６の回転軸を回転させる回路である。
【００３４】
次に前述した図６のブロック図において、バリコン５の回転位置を判別する動作を説明する。
▲１▼まず、回転位置の基準点となる最小回転位置を判別するために、バリコン５を最小回転位置の方向に回転させる。バリコン５は、最小回転位置の方向に回転させると、最小回転位置で機械的に停止する。この時、制御回路１９からドライバ回路２１に回転指令信号を与えているにも関わらず、フォトセンサ回路１３から出力される検出信号はＨｉｇｈ及びＬｏｗの変化をしなくなる。そのために、３ビットカウンタ１８から出力されるカウント値も変化しなくなる。よって、バリコン５が停止していることがわかるので、基準点となるバリコン５の最小回転位置であると判別することができる。
同様の方法で、バリコン５を最大回転位置の方向に回転させていくと、最大回転位置を判別することができる。この最大回転位置を基準点にしてもよい。
最小回転位置又は最大回転位置になった時の回転位置を、制御回路１９で基準点と認識するために、現在回転位置を０等の特定の数値に設定する。
【００３５】
▲２▼制御回路１９は、目標回転位置と現在回転位置とを比較し、その差だけステッピングモータ６を回転させるように、制御回路１９からドライバ回路２１に、回転指令信号を出力する。
【００３６】
▲３▼ステッピングモータ６が回転すると、フォトセンサ回路１３からパルス信号が出力されるので、３ビットカウンタ１８のカウント値が変化する。このカウント値は、一定周期毎に制御回路１９に入力される。なお、一定周期毎のカウント値の変化量は、最大±１パルスである。
【００３７】
▲４▼制御回路１９では、（新たに入力されたカウント値）−（前回入力されたカウント値）で計算される回転位置の変化量から、現在回転位置を演算する。なお、変化量が−７の時は、変化量を＋１とし、変化量が＋７の時は、変化量を−１とする。
回転位置の変化量が＋１のときの現在回転位置は、（前回の現在回転位置＋１）になる。
回転位置の変化量が−１のときの現在回転位置は、（前回の現在回転位置−１）になる。
【００３８】
▲５▼上記▲２▼▲３▼▲４▼を繰り返すことによって、バリコン５を目標回転位置にすることができる。
なお、目標回転位置は、一定ではなく、目標回転位置設定回路２０によって変更されることがある。例えば、プラズマ負荷装置３のインピーダンスが変化した場合には、インピーダンスを整合させるために、バリコン５の静電容量を変化させる必要がある。すなわち、バリコン５の目標回転位置を変化させる必要がある。
【００３９】
▲６▼高周波自動整合器２の制御電源がＯＦＦになった時等に、バリコン５の現在回転位置を保持する機能がないときには、前述の方法で再度、バリコン５の現在回転位置を判別すればよい。
【００４０】
【実施例】
以下、図６を参照して図７乃至図１１に記載した各機構及び回路の動作について説明する。
図７は、フォトセンサ回路１３とコードホイール１４とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が検出できるように取り付けたときの本発明構成配置図である。
バリコン５の回転軸は、カップリング７を用いて、ステッピングモータ６の回転軸と連結して、ステッピングモータ６の回転軸を回転させることによってバリコン５の回転軸が回転して静電容量が変化するようになっている。なお、カップリング７は、絶縁材を使用して、バリコン５とステッピングモータ６とを絶縁している。
絶縁材で作られた支持板１５は、バリコン５と固定板１６とを電気的に絶縁するとともに、バリコン５を固定板１６に固定する。固定板１６は、ステッピングモータ６と支持板１５とを固定する。
【００４１】
コードホイール１４は、ステッピングモータ６の回転軸に固定される。フォトセンサ回路１３は、コードホイール１４のスリットの有無を検出できるように、コードホイール１４のスリット部の真下に設置する。
【００４２】
図８は、コードホイール１４の形状を説明するコードホイール形状説明図である。コードホイール１４は、図８に示すように、同心円盤で円周に沿ってスリットがある形状をしていて、スリットがない部分では光を反射できる。
【００４３】
フォトセンサ回路１３は、発光部が発光する光の反射光を受光部で検出し、反射光のレベルに応じて、検出信号がＨｉｇｈ及びＬｏｗに変化する回路であり、後述するように位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号を出力する。
フォトセンサ回路１３は、例えば、ＨＰ社（ヒューレット・パッカード社）製のＨＥＤＲ−８０００が使用できる。
【００４４】
図９は、フォトセンサ回路１３の動作を説明するフォトセンサ回路動作説明図である。
図９（ａ）のように、コードホイール１４のスリットがない部分がフォトセンサ回路１３の真上に到達したときは、フォトセンサ回路１３から発光された光が反射するので、検出信号がＨｉｇｈになり、図９（ｂ）のようにコードホイール１４のスリットがある部分がフォトセンサ回路１３の真上に到達したときは、フォトセンサ回路１３から発光された光が反射しないので、検出信号がＬｏｗになる。逆の論理のフォトセンサ回路１３を用いてもよい。
【００４５】
このようにすることによって、ステッピングモータ６の回転軸が回転すると、コードホイール１４も回転するので、フォトセンサ回路１３の検出信号は、Ｈｉｇｈ及びＬｏｗのパルス信号として出力される。
ステッピングモータ６の回転軸が回転していないときは、コードホイール１４も回転しないので、フォトセンサ１３の検出信号がＨｉｇｈ又はＬｏｗのままになる。
【００４６】
以上のように、フォトセンサ回路１３から出力される検出信号は、パルス信号として扱うことができるので、パルスの数をカウントすることによって、バリコン５の回転位置を判別することができる。
【００４７】
３ビットカウンタ１８は、フォトセンサ回路１３から出力されるＡ相とＢ相との２つの検出信号から、２進数で０００乃至１１１（１０進数で０乃至７）の範囲でパルス数をカウントする回路である。
３ビットカウンタ１８は、例えば、ＭＡＣＨ社製のＭＡＣＨ２１０−１２ＪＣが使用できる。
【００４８】
図１０は、３ビットカウンタ１８が、フォトセンサ回路１３から出力される位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号によって、パルス信号をカウントする動作を説明するカウント動作説明図であり、図１０（ａ）は、フォトセンサ回路１３から出力されるＡ相とＢ相との２つの検出信号を示すパルス信号図であり、図１０（ｂ）は、３ビットカウンタ１８のカウント動作を説明するカウント動作図である。
【００４９】
ステッピングモータ６の回転によって、コードホイール１４が回転すると、図１０（ａ）のように、フォトセンサ回路１３から、位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号が出力される。
ステッピングモータ６が正回転する場合は、Ａ相の検出信号に比べて、Ｂ相の検出信号の方が、検出信号の位相が進んでいる。ステッピングモータ６が逆回転する場合は、Ｂ相の検出信号に比べて、Ａ相の検出信号の方が、検出信号の位相が進んでいる。
【００５０】
また、正回転から逆回転に回転方向が変化する場合は、Ａ相の検出信号のレベルが変化する時（Ｌｏｗ→Ｈｉｇｈ及びＨｉｇｈ→Ｌｏｗ）、Ｂ相の検出レベルはＨｉｇｈになる。逆回転から正回転に回転方向が変化するときは、Ａ相の検出信号のレベルが変化する時（Ｌｏｗ→Ｈｉｇｈ及びＨｉｇｈ→Ｌｏｗ）、Ｂ相の検出レベルはＬｏｗになる。
【００５１】
３ビットカウンタ１８は、図１０（ｂ）に示すように、Ａ相とＢ相との２つの検出信号によって、パルス数をカウントしている。
例えば、ステッピングモータ６が正回転する場合は、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時に、Ｂ相がＨｉｇｈであるので、カウント数を＋１する。また、Ａ相のパルス信号が立ち下がる時は、Ｂ相がＬｏｗであるために、カウント数を変化させない。すなわち、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時と立ち下がる時との両方で、カウント数を＋１する。
【００５２】
ステッピングモータ６が正回転から逆回転に回転方向が変化する場合は、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時に、Ｂ相がＨｉｇｈであるので、カウント数を＋１する。また、Ａ相のパルス信号が立ち下がる時は、Ｂ相がＨｉｇｈであるので、カウント数を−１する。すなわち、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時と立ち下がる時との両方で、カウント数を変化させない。
【００５３】
図１０（ｂ）で説明する動作から、以下の場合も前述と同様にしてパルス数をカウントすることができる。
ステッピングモータ６が逆回転する場合は、カウント数を−１する。また、ステッピングモータ６が正回転から逆回転に回転方向が変化する場合は、カウント数を変化させない。
【００５４】
このように、３ビットカウンタ１８は、Ａ相とＢ相との２つの検出信号の関係から、パルス信号の変化量とコードホイール１４の回転方向を判別することができる。なお、コードホイール１４の回転方向を判別できるということは、ステッピングモータ６及びバリコン５の回転方向を判別できるということである。
【００５５】
図１１は、図６のブロック図の具体的な回路例を示す本発明の実施回路図である。ただし、図１１は、バリコン５とコードホイール１４とを除いた回路例である。
なお、制御回路１９はソフトウェアによって制御するためにＣＰＵ２２を用い、回路を簡略化するために、主部品であるＣＰＵ２２のみを記載している。また、ドライバ回路２１も、回路を簡略化するために、主部品であるモータドライバ２３のみを記載している。
さらに、図１１は、ステッピングモータ６を２個使用する回路例であるために、フォトセンサ回路１３とモータドライバ２３とは、ステッピングモータ６に対応して各２個使用している。
【００５６】
ＣＰＵ２２のＰＯＲＴ４とＰＯＲＴ５とＦＲＴ１ＡとＦＲＴ１ＢとＰＯＲＴ６とＰＯＲＴ７とＰＯＲＴ８とＦＲＴ２ＡとＦＲＴ２Ｂとは、モータドライバ２３を制御する信号の出力端子であり、ＡＤＣ１とＡＤＣ２とは目標回転位置設定回路２０から送られる目標回転位置を示す信号の入力端子であり、ＰＯＲＴ０とＰＯＲＴ１とＰＯＲＴ２とは、３ビットカウンタ１８から送られるカウント値を示す信号の入力端子であり、ＰＯＲＴ３は、３ビットカウンタ１８を制御する信号の出力端子である。
ＣＰＵ２２は、例えば、日立製作所社製のＨＤ６４７５３６８ＣＰ１０が使用できる。このＣＰＵ２２は、内部に演算部、制御部の他に記憶部がありソフトウェア及びバリコン５の回転位置等のデータを記憶する。
【００５７】
モータドライバ２３のＭ１とＭ２とＭ３とＭ４とＭ５とは、ステッピングモータ６の励磁モードを設定する信号の入力端子であり、ＣＬＫは、ステッピングモータ６の動作パルス数を指令する信号の入力端子であり、ＣＷＢは、ステッピングモータ６の動作方向を示す信号の入力端子であり、ＲＥＳＥＴは、リセット信号の入力端子であり、ＡとＡ（反転）とＢとＢ（反転）とは、ステッピングモータ６の相励磁信号の入力端子であり、ＰＧとＳＧとは、電源のＧＮＤ端子であり、ＶＲＥＦは、リファレンス電圧の入力端子である。
ただし、Ｍ４とＭ５とは、本発明で使用する励磁モードには関係ないために、５Ｖに接続されている。
モータドライバ２３は、例えば、三洋電機社製のＳＴＫ６７２−０５０が使用できる。
【００５８】
３ビットカウンタ１８のＤ０とＤ１とＤ２とは、カウント値を示す信号の出力端子であり、ＲＣＫは、２個あるフォトセンサ回路１３の内どちらのフォトセンサ回路１３からパルス信号を入力するかを決める選択信号の入力端子であり、Ａ１とＢ１とは、パルス信号の入力端子である。
【００５９】
フォトセンサ回路１３のＡとＢとは、パルス信号の出力端子であり、５Ｖ入力は、５Ｖの入力端子である。
ステッピングモータ６はドライバ回路２１からの制御信号を入力して動作する。
【００６０】
図１１のような回路によって、前述したバリコン５の回転位置を判別するハードウェアを構成することができる。また、ＣＰＵ２２を使用するので、前述した方法をプログラミングすることによって、バリコン５の回転位置を判別するための制御が可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
（１） 本発明では、フォトセンサ回路１３とコードホイール１４とを回転位置検出回路１７として使用し、このフォトセンサ回路１３は、多回転ポテンショメータ８に比べ小さなものであり、コードホイール１４は、ステッピングモータ６の回転軸に取り付けるために、従来技術に比べて、構成部品の体積を小さくできる。
（２）非接触の手段によってバリコン５の回転位置を判別するので、検出回路の機械的な摩耗がなく寿命が延びる。
（３） 本発明では、フォトセンサ回路１３から出力されるＨｉｇｈ及びＬｏｗのパルス信号によって、バリコン５の回転位置を判別している。このパルス信号は、バリコン５の回転位置に応じて定まったパルス数となるので、バリコン５が異なっても、従来技術で必要であったバリコン５の回転位置と出力信号との相関関係のデータの測定又は回路の部品定数の調整が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、高周波電力によって発生するプラズマを利用した装置の機能説明図である。
【図２】図２は、バリコン５の回転位置に対する静電容量の一例を示す回転位置・静電容量対応図である。
【図３】図３は、従来技術で用いていた多回転ポテンショメータ８及びギア９，１０とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が判別できるように取り付けたときの従来技術構成配置図である。
【図４】図４は、ポテンショメータ８の抵抗値によって変化する電圧を検出するための電圧検出回路図である。
【図５】図５は、バリコン５の回転位置に対する図４のＡ点及びＢ点の検出電圧の一例を示すバリコン回転位置・検出電圧対応図である。
【図６】図６は、バリコン５の回転位置を判別するときの本発明の実施例を示すブロック図である。
【図７】図７は、フォトセンサ回路１３とコードホイール１４とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が検出できるように取り付けたときの本発明構成配置図である。
【図８】図８は、コードホイール１４の形状を説明するコードホイール形状説明図である。
【図９】図９は、フォトセンサ回路１３の動作を説明するフォトセンサ回路動作説明図である。
【図１０】図１０は、３ビットカウンタ１８が、フォトセンサ回路１３から出力される位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号によって、パルス信号をカウントする動作を説明するカウント動作説明図である。
【図１１】図１１は、図６のブロック図の具体的な回路例を示す本発明の実施回路図である。
【符号の説明】
１ 高周波電源
２ 高周波自動整合器
３ プラズマ負荷装置
４ 同軸ケーブル
５ 真空バリアブルコンデンサ（バリコン）
６ ステッピングモータ
７ カップリング
８ 多回転ポテンショメータ
９ ギア
１０ ギア
１１ 支持板
１２ 固定板
１３ フォトセンサ回路
１４ コードホイール
１５ 支持板
１６ 固定板
１７ 回転位置検出回路
１８ ３ビットカウンタ
１９ 制御回路
２０ 目標回転位置設定回路
２１ ドライバ回路
２２ ＣＰＵ
２３ モータドライバ
Ａ 電圧検出点
Ｂ 電圧検出点
Ｖ 電源電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等で使用される高周波自動整合器内の真空バリアブルコンデンサの回転軸をステッピングモータで回転させるときの回転位置の判別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体、液晶等を製造する装置として、高周波電力によって発生するプラズマを利用した装置がある。図１は、高周波電力によって発生するプラズマを利用した装置の機能説明図である。
図１において、高周波電源１は、高周波電力を発生させる電源であり、高周波電力の伝送線路である同軸ケーブル４と高周波自動整合器２とを介してプラズマ負荷装置３に高周波電力を供給する電源装置である。
プラズマ負荷装置３は、高周波電源１から供給される高周波電力によってプラズマを発生させて、エッチング、ＣＶＤ等の用途に利用する装置である。
【０００３】
高周波自動整合器２は、高周波電源１から供給された高周波電力をプラズマ負荷装置３に効率良く供給するために、高周波電力の伝送線路とプラズマ負荷装置３との間のインピーダンスを自動的に整合させる装置である。高周波電力の伝送線路とプラズマ負荷装置３との間のインピーダンスが整合していないと、プラズマ負荷装置３で反射波電力が発生するので、高周波電力を効率良くプラズマ負荷装置３に供給できない。
【０００４】
インピーダンスを整合させるには、コンデンサ及びインダクタによってインピーダンスを変換する方法が一般的に知られている。通常は、プラズマ負荷装置３のインピーダンスが一定でないので、真空バリアブルコンデンサ５（以下、バリコン５という）、バリアブルインダクタ等の可変インピーダンス素子を使用してインピーダンスを整合させる。
【０００５】
図１に示した高周波自動整合器２では、２個のバリコン及び２個のインダクタを用いてインピーダンスを変換している。
このような回路構成の場合、インピーダンスを変換させるためには、バリコンの静電容量を、プラズマ負荷装置３のインピーダンスにあわせて変化させればよい。
なお、高周波電源１の発振周波数によっては、固定コンデンサ、バリアブルインダクタ等を使用する回路構成もある。
【０００６】
ここでバリコン５は、内部が真空になっていて、回転軸を回転させることによって静電容量が変化する構造になっている。図２は、バリコン５の回転軸の回転位置（以下、バリコン５の回転位置という）に対する静電容量の一例を示す回転位置・静電容量対応図である。そのために、バリコン５の回転軸とモータの回転軸とを連結すれば、モータの回転軸を回転させてバリコン５の静電容量を変化させることができる。
モータの種類は、ＤＣモータ、サーボモータ等各種あるが、高周波自動整合器２にはステッピングモータ６が広く使用されている。
【０００７】
そこで、カップリング７を用いてバリコン５の回転軸とステッピングモータ６の回転軸とを連結すれば、ステッピングモータ６の回転軸の回転に応じてバリコン５の回転軸が回転し、静電容量を変化させることができる。
ここで、インピーダンスが整合するときのバリコン５の回転位置が、予め求められている又は設定されているとすれば、この回転位置と現在の回転位置との差だけバリコン５の回転軸を回転させれば、インピーダンスを整合させることができる。
すなわち高周波自動整合器２は、ステッピングモータ６の回転軸の回転位置（以下、ステッピングモータ６の回転位置という）を検出すれば、バリコン５の回転位置が分かる。また、ステッピングモータ６の回転位置を制御することによってインピーダンスを整合させることができる。
【０００８】
図３は、従来技術で用いていた多回転ポテンショメータ８及びギア９，１０とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が判別できるように取り付けたときの従来技術構成配置図である。
従来技術では、図３のように、多回転ポテンショメータ８及びギア９，１０を用いてバリコン５の回転位置を検出していた。
バリコン５の回転軸は、カップリング７を用いて、ステッピングモータ６の回転軸と連結されていて、ステッピングモータ６の回転軸を回転させることによってバリコン５の回転軸が回転して静電容量が変化するようになっている。なお、カップリング７は絶縁材を使用して、バリコン５とステッピングモータ６とを絶縁している。
【０００９】
絶縁材で作られた支持板１１は、バリコン５と固定板１２とを電気的に絶縁するとともに、バリコン５を固定板１２に固定する。固定板１２は、ステッピングモータ６と支持板１１とを固定する。
【００１０】
ステッピングモータ６の回転軸と多回転ポテンショメータ８の回転軸とに、それぞれギア９，１０が取り付けられ、この２個のギア９，１０の歯車がかみ合うように、ステッピングモータ６と多回転ポテンショメータ８とが配置されているので、ステッピングモータ６の回転軸が回転すると、２個のギア９，１０を介して多回転ポテンショメータ８の回転軸が回転する構造になっている。
【００１１】
多回転ポテンショメータ８は、回転軸が回転するに従い抵抗値が変化する素子である。そのために、ステッピングモータ６の回転軸の回転に応じて、多回転ポテンショメータ８の回転軸が回転して抵抗値が変化する。
すなわち、バリコン５の回転軸が回転すると、多回転ポテンショメータ８の抵抗値が変化する。
【００１２】
図４は、ポテンショメータ８の抵抗値によって変化する電圧を検出するための電圧検出回路図である。
図４のＡ点は、多回転ポテンショメータ８の抵抗値によって変化する電圧の検出点であり、Ｂ点は、Ａ点の検出電圧を増幅回路を用いて増幅した後の電圧検出点である。増幅回路は、例えば、ＯＰアンプを使用した非反転増幅回路が使用できる。
図５は、バリコン５の回転位置に対する図４のＡ点及びＢ点の検出電圧の一例を示すバリコン回転位置・検出電圧対応図である。図５の点線は、Ａ点の検出電圧であり、実線はＢ点の検出電圧である。
【００１３】
以下に、図４のＡ点又はＢ点からバリコン５の回転位置を判別する従来技術の手順を図５を参照して説明する。
バリコン５の回転位置を判別するには、（１）Ａ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法と、（２）Ｂ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法とがある。
【００１４】
（１）Ａ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法の場合は、バリコン５の回転位置を判別するために、Ａ点の電圧とバリコン５の回転位置との相関関係のデータを高周波自動整合器２の制御回路に記憶する。
この場合、Ａ点の電圧をＡ／Ｄ変換するために、図４の増幅回路の代わりにＡ／Ｄ変換器を接続する。
相関関係のデータを記憶していれば、次回にＡ点の電圧を検出したときに、Ａ点の電圧に対するバリコン５の回転位置が判別できる。
【００１５】
（２）Ｂ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法の場合は、図５の実線で示すように、Ｂ点の電圧が特定の基準電圧になるように、図４の増幅回路の出力電圧を調整すればよい。
例えば、バリコン５の回転位置が１０回転のときの基準電圧を１０［Ｖ］に決める場合に、バリコン５の回転位置が１０回転のときのＡ点の検出電圧が５［Ｖ］であるときは、増幅回路の増幅率を２倍にして、Ｂ点の検出電圧を１０［Ｖ］にすればよい。
このようにＢ点の電圧が特定の基準電圧になるようにしておけば、次回にＢ点の電圧を検出したときに、先に調整した基準電圧と比較することによって、バリコン５の回転位置を判別することができる。なお、図５に示すように、実線（Ｂ点の検出電圧）は比例しているので、Ｂ点の電圧は１点だけ調整しておけば、他の点は比例計算することができる。
例えば、次回に検出したＢ点の電圧が２［Ｖ］の場合、バリコン５の回転位置は２回転であると判別することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造装置等で使用される高周波自動整合器２は、小型化を要求されることが多い。
しかし、従来技術では、第１の問題点として、多回転ポテンショメータ８とギア９，１０とから成る検出回路を用いてバリコン５の回転位置を検出しているために、検出回路の体積が大きくなってしまう欠点があった。
さらに、ギア９，１０は以下の理由で小型化することができないので、検出回路も小型化することができなかった。
【００１７】
▲１▼高周波自動整合器２は、高速にインピーダンスを整合させることが要求されるので、バリコン５の静電容量を高速に変化させる必要がある。よって、ステッピングモータ６の回転軸は高速で回転させる必要がある。
しかし、多回転ポテンショメータ８の回転軸を高速で回転させると、多回転ポテンショメータ８の回転軸、摺動接点等に負担がかかり、接触部分の摩耗による性能劣化、故障等の原因になる。そのために、回転軸、摺動接点等の負担を低減させるために、ギア比を大きくしてバリコン５の回転軸の回転数に対する多回転ポテンショメータ８の回転軸の回転数を減らして多回転ポテンショメータ８の負担を低減する必要がある。
すなわち、ステッピングモータ６に取り付けられているギア９の大きさよりも、多回転ポテンショメータ８に取り付けられているギア１０を大きくする必要がある。
【００１８】
▲２▼バリコン５の回転軸の回転角度は、多回転ポテンショメータ８の回転軸の回転角度に比べて大きいので、ギア比を大きくして多回転ポテンショメータ８の仕様に適合するように設計する必要がある。
【００１９】
第２の問題点として、多回転ポテンショメータ８の回転軸を回転させて抵抗値を変化させているので、接触部分の摩耗による性能劣化が生じる。そのために、機械的な寿命が短いという欠点があった。
【００２０】
第３の問題点として、バリコン５の回転位置を判別するには、前述したように、（１）図４のＡ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法と、（２）図４のＢ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法とがあるが、次に示すように、バリコン５が異なるとデータ測定又は部品定数の調整を行う必要があり、作業工数が増えるという欠点があった。
【００２１】
（１）図４のＡ点の電圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値に変換する方法の場合は、多回転ポテンショメータ８の検出精度、ギア９，１０の寸法精度等にばらつきがあるために、バリコン５の回転位置が同じであってもＡ点の検出電圧には、ばらつきが生じる。そのために、バリコン５が異なるごとに、Ａ点の電圧とバリコン５の回転位置との相関関係のデータを測定する必要がある。
【００２２】
（２）図４のＢ点の電圧が基準電圧になるようにＡ点の電圧の大きさを増幅回路によって変換する方法の場合は、図４に示す増幅回路が必要であり、適切な部品定数に調整する必要がある。例えば、ＯＰアンプを使用した非反転増幅回路を増幅回路として使用した場合、抵抗値等の部品定数を調整する必要がある。
この場合でも、多回転ポテンショメータ８の検出精度、ギア９，１０の寸法精度等にばらつきがあるために、バリコン５の回転位置が同じであってもＡ点及びＢ点の検出電圧にはばらつきが生じる。
そのために、バリコン５が異なるごとに、Ｂ点の検出電圧が基準電圧になるように、増幅回路の部品定数を調整する必要がある。
【００２３】
本発明は、構成部品の体積を小さくする。また、非接触の手段によってバリコン５の回転位置を判別できるようにすることによって、高周波自動整合器２を小型化し、機械的な寿命を延ばし、個々のバリコン５に対するデータ測定又は回路の部品定数の調整を不要にすることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、真空バリアブルコンデンサの回転軸をステッピングモータで回転させるときの回転位置判別方法であって、
前記真空バリアブルコンデンサの回転軸の回転に応じてスリットを有するコードホイールを回転させるとともに、位相をずらした第１及び第２の検出信号を出力する非接触の手段であるフォトセンサ回路を用いて、前記コードホイールのスリットの有無を検出することによって、前記第１及び第２の検出信号を前記真空バリアブルコンデンサの回転軸の回転に応じてレベルが変化する第１及び第２のパルス信号とし、前記第１のパルス信号のレベルが変化するときに、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号との関係から真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を最大±１パルスの範囲でカウントし、
前記パルス信号のパルス数をカウントすることによって判別できる真空バリアブルコンデンサの回転位置の前回判別された回転位置に、前記変化量を加算することによって、現在の真空バリアブルコンデンサの回転位置を判別することを特徴とする真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法である。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の前記第１のパルス信号がスリット有を示すレベルからスリット無を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット無を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を＋１パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット無を示すレベルからスリット有を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット無を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を−１パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット有を示すレベルからスリット無を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット有を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を±０パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット無を示すレベルからスリット有を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット有を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を±０パルスとすることを特徴とする真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法である。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の真空バリアブルコンデンサの回転軸が正回転した場合は、第１のパルス信号の方に比べて第２のパルス信号の方が、パルス信号の位相が進んでいることを特徴とする真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図６は、バリコン５の回転位置を判別するときの本発明の実施例を示すブロック図である。
【００２８】
回転位置検出回路１７は、後述するフォトセンサ回路１３とコードホイール１４とから成る検出回路であり、非接触の手段によってコードホイール１４のスリットの有無を検出し、検出信号をパルス信号として出力する。
【００２９】
３ビットカウンタ１８は、３ビットのカウントデータを出力するパルスカウンタであり、２進数で０００乃至１１１までの範囲でパルス数をカウントすることができる。すなわち、１０進数で０乃至７までの範囲でパルス数をカウントすることができる。また、カウント値は、一定周期時間毎に制御回路１９に出力される。
ここで、３ビットカウンタ１８から制御回路１９にカウント値を出力する周期時間は、ステッピングモータ６が最大速度で回転した時にフォトセンサ回路１３から出力されるパルス信号の周期時間よりも短いようにする。このようにすれば、一定周期時間毎に出力されるカウント値の変化量は、最大±１パルスになる。
例えば、コードホイール１４のスリットが２００スリットあり、ステッピングモータ６が最大１０回転／秒で回転する時、フォトセンサ回路１３から出力されるパルス信号の周期時間は、５００μ秒である。そのために、３ビットカウンタ１８から制御回路１９にカウント値を出力する周期時間を２５０μ秒にする。
【００３０】
次に、３ビットカウンタ１８のカウント値を１０進数に換算して説明をする。
バリコン５の静電容量が大きくなるようにステッピングモータ６が回転した時を正回転とし、逆方向に回転した時を逆回転とすると、正回転した時は、回転位置検出回路１７から１パルス入力される毎に、カウント値が、０→１→２→３→４→５→６→７→０→１→２・・・と変化し、逆回転した時は、回転位置検出回路１７から１パルス入力される毎に、カウント値が、０→７→６→５→４→３→２→１→０→７→６・・・と変化する。
【００３１】
目標回転位置設定回路２０は、インピーダンスが整合する静電容量になるように、バリコン５の回転位置を設定する回路である（以下、設定された回転位置を、目標回転位置という）。なお、目標回転位置は予め求められているか又は設定されている。
【００３２】
制御回路１９は、次の機能を有する回路である。
▲１▼３ビットカウンタ１８から入力されたカウント値によって、バリコン５の現在の回転位置（以下、現在回転位置という）を求める機能。
▲２▼目標回転位置設定回路２０によって設定された目標回転位置と現在回転位置とを比較し、バリコン５の回転位置が目標回転位置になるように、目標回転位置と現在回転位置との差だけドライバ回路２１に回転指令信号を出力する機能。
▲３▼任意の方向にステッピングモータ６の回転軸が回転するように、ドライバ回路２１に回転指令信号を出力する機能。
【００３３】
ドライバ回路２１は、制御回路１９から入力された回転指令信号に従いステッピングモータ６の回転軸を回転させる回路である。
【００３４】
次に前述した図６のブロック図において、バリコン５の回転位置を判別する動作を説明する。
▲１▼まず、回転位置の基準点となる最小回転位置を判別するために、バリコン５を最小回転位置の方向に回転させる。バリコン５は、最小回転位置の方向に回転させると、最小回転位置で機械的に停止する。この時、制御回路１９からドライバ回路２１に回転指令信号を与えているにも関わらず、フォトセンサ回路１３から出力される検出信号はＨｉｇｈ及びＬｏｗの変化をしなくなる。そのために、３ビットカウンタ１８から出力されるカウント値も変化しなくなる。よって、バリコン５が停止していることがわかるので、基準点となるバリコン５の最小回転位置であると判別することができる。
同様の方法で、バリコン５を最大回転位置の方向に回転させていくと、最大回転位置を判別することができる。この最大回転位置を基準点にしてもよい。
最小回転位置又は最大回転位置になった時の回転位置を、制御回路１９で基準点と認識するために、現在回転位置を０等の特定の数値に設定する。
【００３５】
▲２▼制御回路１９は、目標回転位置と現在回転位置とを比較し、その差だけステッピングモータ６を回転させるように、制御回路１９からドライバ回路２１に、回転指令信号を出力する。
【００３６】
▲３▼ステッピングモータ６が回転すると、フォトセンサ回路１３からパルス信号が出力されるので、３ビットカウンタ１８のカウント値が変化する。このカウント値は、一定周期毎に制御回路１９に入力される。なお、一定周期毎のカウント値の変化量は、最大±１パルスである。
【００３７】
▲４▼制御回路１９では、（新たに入力されたカウント値）−（前回入力されたカウント値）で計算される回転位置の変化量から、現在回転位置を演算する。なお、変化量が−７の時は、変化量を＋１とし、変化量が＋７の時は、変化量を−１とする。
回転位置の変化量が＋１のときの現在回転位置は、（前回の現在回転位置＋１）になる。
回転位置の変化量が−１のときの現在回転位置は、（前回の現在回転位置−１）になる。
【００３８】
▲５▼上記▲２▼▲３▼▲４▼を繰り返すことによって、バリコン５を目標回転位置にすることができる。
なお、目標回転位置は、一定ではなく、目標回転位置設定回路２０によって変更されることがある。例えば、プラズマ負荷装置３のインピーダンスが変化した場合には、インピーダンスを整合させるために、バリコン５の静電容量を変化させる必要がある。すなわち、バリコン５の目標回転位置を変化させる必要がある。
【００３９】
▲６▼高周波自動整合器２の制御電源がＯＦＦになった時等に、バリコン５の現在回転位置を保持する機能がないときには、前述の方法で再度、バリコン５の現在回転位置を判別すればよい。
【００４０】
【実施例】
以下、図６を参照して図７乃至図１１に記載した各機構及び回路の動作について説明する。
図７は、フォトセンサ回路１３とコードホイール１４とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が検出できるように取り付けたときの本発明構成配置図である。
バリコン５の回転軸は、カップリング７を用いて、ステッピングモータ６の回転軸と連結して、ステッピングモータ６の回転軸を回転させることによってバリコン５の回転軸が回転して静電容量が変化するようになっている。なお、カップリング７は、絶縁材を使用して、バリコン５とステッピングモータ６とを絶縁している。
絶縁材で作られた支持板１５は、バリコン５と固定板１６とを電気的に絶縁するとともに、バリコン５を固定板１６に固定する。固定板１６は、ステッピングモータ６と支持板１５とを固定する。
【００４１】
コードホイール１４は、ステッピングモータ６の回転軸に固定される。フォトセンサ回路１３は、コードホイール１４のスリットの有無を検出できるように、コードホイール１４のスリット部の真下に設置する。
【００４２】
図８は、コードホイール１４の形状を説明するコードホイール形状説明図である。コードホイール１４は、図８に示すように、同心円盤で円周に沿ってスリットがある形状をしていて、スリットがない部分では光を反射できる。
【００４３】
フォトセンサ回路１３は、発光部が発光する光の反射光を受光部で検出し、反射光のレベルに応じて、検出信号がＨｉｇｈ及びＬｏｗに変化する回路であり、後述するように位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号を出力する。
フォトセンサ回路１３は、例えば、ＨＰ社（ヒューレット・パッカード社）製のＨＥＤＲ−８０００が使用できる。
【００４４】
図９は、フォトセンサ回路１３の動作を説明するフォトセンサ回路動作説明図である。
図９（ａ）のように、コードホイール１４のスリットがない部分がフォトセンサ回路１３の真上に到達したときは、フォトセンサ回路１３から発光された光が反射するので、検出信号がＨｉｇｈになり、図９（ｂ）のようにコードホイール１４のスリットがある部分がフォトセンサ回路１３の真上に到達したときは、フォトセンサ回路１３から発光された光が反射しないので、検出信号がＬｏｗになる。逆の論理のフォトセンサ回路１３を用いてもよい。
【００４５】
このようにすることによって、ステッピングモータ６の回転軸が回転すると、コードホイール１４も回転するので、フォトセンサ回路１３の検出信号は、Ｈｉｇｈ及びＬｏｗのパルス信号として出力される。
ステッピングモータ６の回転軸が回転していないときは、コードホイール１４も回転しないので、フォトセンサ１３の検出信号がＨｉｇｈ又はＬｏｗのままになる。
【００４６】
以上のように、フォトセンサ回路１３から出力される検出信号は、パルス信号として扱うことができるので、パルスの数をカウントすることによって、バリコン５の回転位置を判別することができる。
【００４７】
３ビットカウンタ１８は、フォトセンサ回路１３から出力されるＡ相とＢ相との２つの検出信号から、２進数で０００乃至１１１（１０進数で０乃至７）の範囲でパルス数をカウントする回路である。
３ビットカウンタ１８は、例えば、ＭＡＣＨ社製のＭＡＣＨ２１０−１２ＪＣが使用できる。
【００４８】
図１０は、３ビットカウンタ１８が、フォトセンサ回路１３から出力される位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号によって、パルス信号をカウントする動作を説明するカウント動作説明図であり、図１０（ａ）は、フォトセンサ回路１３から出力されるＡ相とＢ相との２つの検出信号を示すパルス信号図であり、図１０（ｂ）は、３ビットカウンタ１８のカウント動作を説明するカウント動作図である。
【００４９】
ステッピングモータ６の回転によって、コードホイール１４が回転すると、図１０（ａ）のように、フォトセンサ回路１３から、位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号が出力される。
ステッピングモータ６が正回転する場合は、Ａ相の検出信号に比べて、Ｂ相の検出信号の方が、検出信号の位相が進んでいる。ステッピングモータ６が逆回転する場合は、Ｂ相の検出信号に比べて、Ａ相の検出信号の方が、検出信号の位相が進んでいる。
【００５０】
また、正回転から逆回転に回転方向が変化する場合は、Ａ相の検出信号のレベルが変化する時（Ｌｏｗ→Ｈｉｇｈ及びＨｉｇｈ→Ｌｏｗ）、Ｂ相の検出レベルはＨｉｇｈになる。逆回転から正回転に回転方向が変化するときは、Ａ相の検出信号のレベルが変化する時（Ｌｏｗ→Ｈｉｇｈ及びＨｉｇｈ→Ｌｏｗ）、Ｂ相の検出レベルはＬｏｗになる。
【００５１】
３ビットカウンタ１８は、図１０（ｂ）に示すように、Ａ相とＢ相との２つの検出信号によって、パルス数をカウントしている。
例えば、ステッピングモータ６が正回転する場合は、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時に、Ｂ相がＨｉｇｈであるので、カウント数を＋１する。また、Ａ相のパルス信号が立ち下がる時は、Ｂ相がＬｏｗであるために、カウント数を変化させない。すなわち、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時と立ち下がる時との両方で、カウント数を＋１する。
【００５２】
ステッピングモータ６が正回転から逆回転に回転方向が変化する場合は、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時に、Ｂ相がＨｉｇｈであるので、カウント数を＋１する。また、Ａ相のパルス信号が立ち下がる時は、Ｂ相がＨｉｇｈであるので、カウント数を−１する。すなわち、Ａ相のパルス信号が立ち上がる時と立ち下がる時との両方で、カウント数を変化させない。
【００５３】
図１０（ｂ）で説明する動作から、以下の場合も前述と同様にしてパルス数をカウントすることができる。
ステッピングモータ６が逆回転する場合は、カウント数を−１する。また、ステッピングモータ６が正回転から逆回転に回転方向が変化する場合は、カウント数を変化させない。
【００５４】
このように、３ビットカウンタ１８は、Ａ相とＢ相との２つの検出信号の関係から、パルス信号の変化量とコードホイール１４の回転方向を判別することができる。なお、コードホイール１４の回転方向を判別できるということは、ステッピングモータ６及びバリコン５の回転方向を判別できるということである。
【００５５】
図１１は、図６のブロック図の具体的な回路例を示す本発明の実施回路図である。ただし、図１１は、バリコン５とコードホイール１４とを除いた回路例である。
なお、制御回路１９はソフトウェアによって制御するためにＣＰＵ２２を用い、回路を簡略化するために、主部品であるＣＰＵ２２のみを記載している。また、ドライバ回路２１も、回路を簡略化するために、主部品であるモータドライバ２３のみを記載している。
さらに、図１１は、ステッピングモータ６を２個使用する回路例であるために、フォトセンサ回路１３とモータドライバ２３とは、ステッピングモータ６に対応して各２個使用している。
【００５６】
ＣＰＵ２２のＰＯＲＴ４とＰＯＲＴ５とＦＲＴ１ＡとＦＲＴ１ＢとＰＯＲＴ６とＰＯＲＴ７とＰＯＲＴ８とＦＲＴ２ＡとＦＲＴ２Ｂとは、モータドライバ２３を制御する信号の出力端子であり、ＡＤＣ１とＡＤＣ２とは目標回転位置設定回路２０から送られる目標回転位置を示す信号の入力端子であり、ＰＯＲＴ０とＰＯＲＴ１とＰＯＲＴ２とは、３ビットカウンタ１８から送られるカウント値を示す信号の入力端子であり、ＰＯＲＴ３は、３ビットカウンタ１８を制御する信号の出力端子である。
ＣＰＵ２２は、例えば、日立製作所社製のＨＤ６４７５３６８ＣＰ１０が使用できる。このＣＰＵ２２は、内部に演算部、制御部の他に記憶部がありソフトウェア及びバリコン５の回転位置等のデータを記憶する。
【００５７】
モータドライバ２３のＭ１とＭ２とＭ３とＭ４とＭ５とは、ステッピングモータ６の励磁モードを設定する信号の入力端子であり、ＣＬＫは、ステッピングモータ６の動作パルス数を指令する信号の入力端子であり、ＣＷＢは、ステッピングモータ６の動作方向を示す信号の入力端子であり、ＲＥＳＥＴは、リセット信号の入力端子であり、ＡとＡ（反転）とＢとＢ（反転）とは、ステッピングモータ６の相励磁信号の入力端子であり、ＰＧとＳＧとは、電源のＧＮＤ端子であり、ＶＲＥＦは、リファレンス電圧の入力端子である。
ただし、Ｍ４とＭ５とは、本発明で使用する励磁モードには関係ないために、５Ｖに接続されている。
モータドライバ２３は、例えば、三洋電機社製のＳＴＫ６７２−０５０が使用できる。
【００５８】
３ビットカウンタ１８のＤ０とＤ１とＤ２とは、カウント値を示す信号の出力端子であり、ＲＣＫは、２個あるフォトセンサ回路１３の内どちらのフォトセンサ回路１３からパルス信号を入力するかを決める選択信号の入力端子であり、Ａ１とＢ１とは、パルス信号の入力端子である。
【００５９】
フォトセンサ回路１３のＡとＢとは、パルス信号の出力端子であり、５Ｖ入力は、５Ｖの入力端子である。
ステッピングモータ６はドライバ回路２１からの制御信号を入力して動作する。
【００６０】
図１１のような回路によって、前述したバリコン５の回転位置を判別するハードウェアを構成することができる。また、ＣＰＵ２２を使用するので、前述した方法をプログラミングすることによって、バリコン５の回転位置を判別するための制御が可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
（１） 本発明では、フォトセンサ回路１３とコードホイール１４とを回転位置検出回路１７として使用し、このフォトセンサ回路１３は、多回転ポテンショメータ８に比べ小さなものであり、コードホイール１４は、ステッピングモータ６の回転軸に取り付けるために、従来技術に比べて、構成部品の体積を小さくできる。
（２）非接触の手段によってバリコン５の回転位置を判別するので、検出回路の機械的な摩耗がなく寿命が延びる。
（３） 本発明では、フォトセンサ回路１３から出力されるＨｉｇｈ及びＬｏｗのパルス信号によって、バリコン５の回転位置を判別している。このパルス信号は、バリコン５の回転位置に応じて定まったパルス数となるので、バリコン５が異なっても、従来技術で必要であったバリコン５の回転位置と出力信号との相関関係のデータの測定又は回路の部品定数の調整が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、高周波電力によって発生するプラズマを利用した装置の機能説明図である。
【図２】図２は、バリコン５の回転位置に対する静電容量の一例を示す回転位置・静電容量対応図である。
【図３】図３は、従来技術で用いていた多回転ポテンショメータ８及びギア９，１０とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が判別できるように取り付けたときの従来技術構成配置図である。
【図４】図４は、ポテンショメータ８の抵抗値によって変化する電圧を検出するための電圧検出回路図である。
【図５】図５は、バリコン５の回転位置に対する図４のＡ点及びＢ点の検出電圧の一例を示すバリコン回転位置・検出電圧対応図である。
【図６】図６は、バリコン５の回転位置を判別するときの本発明の実施例を示すブロック図である。
【図７】図７は、フォトセンサ回路１３とコードホイール１４とから成る回転位置検出回路１７を、バリコン５の回転位置が検出できるように取り付けたときの本発明構成配置図である。
【図８】図８は、コードホイール１４の形状を説明するコードホイール形状説明図である。
【図９】図９は、フォトセンサ回路１３の動作を説明するフォトセンサ回路動作説明図である。
【図１０】図１０は、３ビットカウンタ１８が、フォトセンサ回路１３から出力される位相をずらしたＡ相とＢ相との２つの検出信号によって、パルス信号をカウントする動作を説明するカウント動作説明図である。
【図１１】図１１は、図６のブロック図の具体的な回路例を示す本発明の実施回路図である。
【符号の説明】
１ 高周波電源
２ 高周波自動整合器
３ プラズマ負荷装置
４ 同軸ケーブル
５ 真空バリアブルコンデンサ（バリコン）
６ ステッピングモータ
７ カップリング
８ 多回転ポテンショメータ
９ ギア
１０ ギア
１１ 支持板
１２ 固定板
１３ フォトセンサ回路
１４ コードホイール
１５ 支持板
１６ 固定板
１７ 回転位置検出回路
１８ ３ビットカウンタ
１９ 制御回路
２０ 目標回転位置設定回路
２１ ドライバ回路
２２ ＣＰＵ
２３ モータドライバ
Ａ 電圧検出点
Ｂ 電圧検出点
Ｖ 電源電圧
Claims (3)
- 真空バリアブルコンデンサの回転軸をステッピングモータで回転させるときの回転位置判別方法であって、
前記真空バリアブルコンデンサの回転軸の回転に応じてスリットを有するコードホイールを回転させるとともに、位相をずらした第１及び第２の検出信号を出力する非接触の手段であるフォトセンサ回路を用いて、前記コードホイールのスリットの有無を検出することによって、前記第１及び第２の検出信号を前記真空バリアブルコンデンサの回転軸の回転に応じてレベルが変化する第１及び第２のパルス信号とし、前記第１のパルス信号のレベルが変化するときに、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号との関係から真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を最大±１パルスの範囲でカウントし、
前記パルス信号のパルス数をカウントすることによって判別できる真空バリアブルコンデンサの回転位置の前回判別された回転位置に、前記変化量を加算することによって、現在の真空バリアブルコンデンサの回転位置を判別することを特徴とする真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法。 - 前記第１のパルス信号がスリット有を示すレベルからスリット無を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット無を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を＋１パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット無を示すレベルからスリット有を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット無を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を−１パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット有を示すレベルからスリット無を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット有を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を±０パルスとし、
前記第１のパルス信号がスリット無を示すレベルからスリット有を示すレベルに変化したときに、前記第２のパルス信号がスリット有を示すレベルのときは、真空バリアブルコンデンサの回転位置の変化量を±０パルスとすることを特徴とする請求項１に記載の真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法。 - 真空バリアブルコンデンサの回転軸が正回転した場合は、第１のパルス信号の方に比べて第２のパルス信号の方が、パルス信号の位相が進んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の真空バリアブルコンデンサの回転位置判別方法。
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