(57)【要約】      （修正有）【課題】モーターの回転子の位置と加速度を考慮してバルブの振動を適切に抑制できる半導体用バルブ駆動モーター制御装置を提供する。【解決手段】半導体装置用バルブ３を駆動するモーター１２と、このモーター１２の回転子の回転を制御する制御手段１４とを備えている。制御手段１４は、モーター１２の回転子の位置を数値化するサーボ回路部２２と加速度を計測する加速度計測部２４と、サーボ回路部２２及び加速度計測部２４からの情報を処理する中央処理部２６とを有する。中央処理部２６は、サーボ回路部２２からの情報に基づいてモーター１２に流れる電流を制御してモーター１２の回転子の位置を目的位置に調整すると共に、加速度計測部２４により計測されたモーター１２の回転子の回転の加速度の変位からモーター１２の振動状態を診断してモーター１２の振動状態の振幅周期と逆位相の回転状態となるように、モーター１２の回転子の回転の加速度を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置用バルブを駆動するモーターと、前記モーターの回転を制御する制御手段とを備えた半導体装置用バルブのモーター制御装置において、前記制御手段は、前記モーターの回転子の少なくとも位置を数値化するサーボ回路部と、前記モーターの回転子の回転の加速度を計測する加速度計測部と、前記サーボ回路部及び加速度計測部からの情報を処理する中央処理部とを有し、前記中央処理部は、前記サーボ回路部からの情報に基づいて前記モーターに流れる電流を制御して前記モーターの回転子の位置を予め設定された目的位置に調整すると共に、前記加速度計測部により計測された前記モーターの回転子の回転の加速度の変位から前記モーターの振動状態を診断して前記モーターの振動状態の振幅周期と逆位相の回転状態となるように、前記モーターの回転子の回転の加速度を制御することを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたモーター制御装置であって、前記半導体装置用のバルブに一体的に取り付けられていることを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載されたモーター制御装置であって、前記制御手段の少なくとも一部又は全部が、前記モーターに一体的に取り付けられていることを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたモーター制御装置であって、前記モーターは、ステッピングモーターであることを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置。
【請求項５】
半導体装置用のバルブを駆動するモーターの回転を制御手段により制御する半導体装置用バルブのモーター制御方法において、前記制御手段のサーボ回路部により前記モーターの回転子の少なくとも位置を数値化するとともに、前記制御手段の加速度計測部により前記モーターの回転子の回転の加速度を計測し、前記サーボ回路部及び加速度計測部からの情報を処理する中央処理部により、前記サーボ回路部からの情報に基づいて前記モーターに流れる電流を制御して前記モーターの回転子の位置を予め設定された目的位置に調整すると共に、前記加速度計測部により計測された前記モーターの回転子の回転の加速度の変位から前記モーターの振動状態を診断して前記モーターの振動状態の振幅周期と逆位相の回転状態となるように、前記モーターの回転子の回転の加速度を制御することを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体装置の処理チャンバに使用されるゲートバルブ等を開閉する駆動源となるモーターの制御装置及び制御方法に関し、特に、バルブの高速制御のみならずバルブの振動を抑制することについて改良するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、エッチング装置やＣＶＤ（化学気相蒸着）による薄膜処理、ＰＶＤ等の処理を行う各種処理チャンバ内を真空状態とするために、処理チャンバと吸引ポンプとの間にゲートバルブが使用される。このゲートバルブは、モーターを駆動源とすることが一般的であるが、特に、大型化、重量化されたゲートバルブにおいては、このモーターの駆動により、ゲートバルブの開閉動作に伴って振動が生じ、この振動が処理チャンバへ伝達されると、処理チャンバ内でパーティクルが飛散して、製造される半導体装置の性能に影響を与えたり、圧力センサー等の各種計測機器が損傷して、不具合が生じることがある。特に、近年では、高性能のモーターを使用して、ゲートバルブの高速開閉が可能となっているため、振動による影響には、最大限の注意を払う必要が高まっている。
【０００３】
このゲートバルブの振動を抑制するために、防振機構を備えたゲートバルブも提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、機構的な振動の抑制には限界があり、また、製造装置のスペックによって、ゲートバルブの大きさや、重量等の仕様も種々存在するため、その振動状態はゲートバルブ毎に異なり、機構的な対応では、ゲートバルブの種類毎に異なる機構を用意して対応する必要が生じる。加えて、ゲートバルブは弾性的に支持されているため、その振動状態は複雑に変化する。このため、機構的な対応では、各種製造装置毎に適切に対応して振動を抑制することは、必ずしも、充分に達成できない問題があった。
【０００４】
なお、高速で開閉するゲートバルブの開閉速度やトルク、位置から、モーターの回転状態を判定し、その回転状態に合わせて、モーターのトルクや速度、位置をサーボ制御することにより、モーターの回転状態、ひいては、ゲートバルブの移動状態を、ゲートバルブの種類を問わずに、常時予め設定した状態に適切に調整して、各種ゲートバルブに対応することは可能であると考えられる。しかし、モーターの回転によるゲートバルブの振動は、速度やトルクを制御するだけでは必ずしも充分には抑制することができず、特に、高周波の微細な振動であればともかく、大型化、重量化されたゲートバルブの場合には、低周波の振動も生じ、これらの低周波の振動は、モータの回転の速度やトルクの制御のみでは、充分に抑制することはできない問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１６５３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、モーターの位置調整によるゲートバルブの移動状態の制御のみならず、ゲートバルブの振動、特に、低周波領域での大きな振動であっても、適切に抑制することができる半導体装置用バルブのモーター制御装置及びモーターの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１．制御装置）
本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、半導体装置用バルブを駆動するモーターと、このモーターの回転を制御する制御手段とを備えた半導体装置用バルブのモーター制御装置において、制御手段は、モーターの少なくとも回転子の位置を数値化するサーボ回路部（エンコーダ）と、モーターの回転子の回転の加速度を計測する加速度計測部（アクセラメーター）と、サーボ回路部（エンコーダ）及び加速度計測部（アクセラメーター）からの情報を処理する中央処理部（ＤＳＰ）とを有し、この中央処理部（ＤＳＰ）は、サーボ回路部（エンコーダ）からの情報に基づいてモーターに流れる電流を制御して前記モーターの回転子の位置を予め設定された目的位置に調整すると共に、加速度計測部（アクセラメーター）により計測されたモーターの回転子の回転の加速度の変位からモーターの振動状態（アクティブバイブレーション）を診断してモーターの振動状態の振幅周期と逆位相の回転状態となるように、モーターの回転子の回転の加速度を制御することを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置を提供するものである。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上記第１の解決手段において、制御手段は、半導体装置用のバルブに一体的に取り付けられていることを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置を提供するものである。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２のいずれかの解決手段において、制御手段の少なくとも一部又は全部が、モーターに一体的に取り付けられていることを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置を提供するものである。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第１乃至第３のいずれかの解決手段において、モーターは、ステッピングモーターであることを特徴とする半導体装置用バルブのモーター制御装置を提供するものである。
【００１０】
（２．制御方法）
また、本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、半導体装置用のバルブを駆動するモーターの回転を制御手段により制御する半導体装置用バルブのモーター制御方法において、制御手段のサーボ回路部（エンコーダ）によりモーターの少なくとも回転子の位置を数値化するとともに、制御手段の加速度計測部（アクセラメーター）によりモーターの回転子の回転の加速度を計測し、サーボ回路部（エンコーダ）及び加速度計測部（アクセラメーター）からの情報を処理する中央処理部（ＤＳＰ）により、サーボ回路部（エンコーダ）からの情報に基づいてモーターに流れる電流を制御してモーターの回転子の位置を予め設定された目的位置に調整すると共に、加速度計測部（アクセラメーター）により計測されたモーターの回転子の回転の加速度の変位からモーターの振動状態（アクティブバイブレーション）を診断してモーターの振動状態の振幅周期と逆位相の回転状態となるように、モーターの回転子の回転の加速度を制御することを特徴とする半導体装置用バルブのモーターの制御方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記のように、モーターの回転子の位置制御によりバルブの移動状態を適正に調整しているのみならず、判定したモーターの振動状態に合わせて、振動に大きな影響を与える加速度をも制御して、振動の振幅周期と逆位相の回転状態となるように制御しているため、ほぼリアルタイムで振動状態の振幅を打ち消すことができ、振動を最小限に抑制することができる実益がある。
【００１２】
また、本発明によれば、上記のように、制御装置をバルブに一体的に取り付けているため、省スペース化を図りつつ、バルブの振動を抑制することができる実益もある。
【００１３】
同様に、本発明によれば、上記のように、基本的には、制御手段をモーターとは別体とし、制御手段の一部のみをモーターに一体的に取り付けているため、既存のバルブにも簡易に適用することができる一方、制御手段の全部をモーターに一体的に取り付けることにより、省スペース化を図りつつ、バルブの振動を抑制することができる実益もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１は本発明のモーター制御装置１０を示し、このモーター制御装置１０は、図１に示すように、例えば、図示しない半導体装置の製造工程で使用される処理チャンバ１と、この処理チャンバ１内を真空とするための吸引ポンプ２との間に設置されたゲートバルブ３に取り付けられる。このモーター制御装置１０は、図１及び図２に示すように、半導体装置用のゲートバルブ３に一体的に取り付けられている。
【００１５】
本発明のモーター制御装置１０は、図１及び図２に示すように、この半導体装置用のゲートバルブ３を駆動して開閉させるモーター１２と、このモーター１２の回転を制御する制御手段１４とを備えている。
【００１６】
モーター１２としては、制御手段１４による電気的な制御に適して動作するものであれば特に制限はないが、ステッピングモーター（パルスモーター）を使用することが望ましい。これにより、ゲートバルブ３を正確に位置決め等することができる。このステッピングモーターにおいては、図示しない固定子及び回転子１２Ａに同数のピッチの歯１２ａ（図４参照）が形成されており、例えば、Ｎ極側となる回転子１２Ａに対して、Ｓ極側となるように図示しない固定子の巻線のいずれかに電流を付与することによって、あるいは、これとは逆方向の電流を固定子の巻線に付与することによって、即ち、電流を流す巻線及び電流の方向を切り替えることにより、図示しない固定子と回転子１２Ａとを相互に引き付け又は反発させて回転子１２Ａを回転させて、図２に示すように、この回転子１２Ａに接続されたゲートバルブ３を移動させる。
【００１７】
一方、制御手段１４は、図１に示すように、制御回路部１６と、この制御回路部１６に接続されるコントローラー１８とを有している。このコントローラー１８は、図３に示すように、制御回路部１６による制御のための各種パラメーター等を設定したり、制御回路部１６電源を供給するために使用される。
【００１８】
図示の実施の形態では、図１に示すように、この制御手段１４のうち、制御回路部１６は、モーター１２に一体的に取り付けられ、コントローラー１８は、制御回路部１６にケーブル２０を介して接続されている。
【００１９】
制御回路部１６は、図３に示すように、モーター１２の少なくとも回転子１２Ａの位置を数値化するサーボ回路部２２と、モーター１２の回転子１２Ａの回転の加速度を計測する加速度計測部２４と、これらのサーボ回路部２２及び加速度計測部２４からの情報を処理する中央処理部２６とを有している。この中央処理部２６は、図３及び図４に示すように、デジタルシグナルプロセッサー（以下、ＤＳＰと称する）２６Ａから成っている。
【００２０】
サーボ回路部２２は、図３及び図４に示すように、モーター１２に電気的に接続されたエンコーダ２２Ａを備え、このエンコーダ２２Ａにより、モーター１２の回転子１２Ａの位置を数値化して、電子情報として、この電子情報を中央処理部２６であるＤＳＰ２６Ａへ送る。このエンコーダ２２Ａは、例えば、モーター１２の回転子１２Ａの回転角度等から、回転子１２Ａの位置情報を数値化することができる。なお、この回転子１２Ａの位置のみならず、併せて、回転子１２Ａの回転の速度とトルク等も数値化してＤＳＰ２６Ａへ送ることにより、より精密に回転子１２Ａの位置を制御するように設定することもできる。
【００２１】
中央処理部２６は、図３及び図４に示すように、このサーボ回路部２２から送られてきた電子情報を元に、主に、モーター１２に流れる電流を制御してモーター１２の回転子１２Ａの位置を予め設定された目的位置に調整することにより、ゲートバルブ３を適正な位置に移動させる。具体的には、中央処理部２６は、まず、特に図４に示すように、このエンコーダ２２Ａにより数値化されたモーター１２の回転子１２Ａの位置の情報ｙ（ｔ）と、コントローラー１８により予め設定された目標値となるモーター１２の回転子１２Ａの設定位置情報（目的位置情報）及びこの設定位置情報から算出され設定位置情報に符号させるために必要な速度プロフィールＳ（ｔ）とを比較し、ＰＩＤ制御によりその偏差を解消して、モーター１２の回転子１２Ａの位置を設定値（設定位置情報）に近似させるために必要な速度やトルクを値を算出して、当該値で回転子１２Ａが回転するようにモーター１２への電流を制御するための信号を生成する。
【００２２】
即ち、中央処理部２６であるＤＳＰ２６Ａは、比例動作（Ｐ）及び積分動作（Ｉ）、微分動作（Ｄ）によりアジャストパラメーターを算出して、モーター１２に流れる電流を、この偏差を解消してモーター１２の回転子１２Ａの速度やトルクを適正値として回転子１２Ａの位置を目的位置にするために必要な電流値に制御する電流制御信号（Ｕｐ（ｔ）：図４参照）を生成し、これをモータードライブ（図３参照）を介してモーター１２に付与することにより、モーター１２の回転子１２Ａの位置を予め設定された目的位置に調整することができる。即ち、モーター１２の回転子１２Ａの位置のクローズドループによるフィードバック制御が可能となる。
【００２３】
この中央処理部２６における演算処理をより具体的に示すと、次の数式により、表すことができる。
【００２４】
【数１】
2010027790.tif 000003
【００２５】
この数式において、ｅ（ｔ）は、図４に示すように、予め設定された速度プロフィールＳ（ｔ）と、エンコーダ２２Ａにより数値化されたモーター１２の回転子１２Ａの位置の情報ｙ（ｔ）との間のズレ（エラー）を示し、次の数式により算出される。
【００２６】
【数２】
2010027790.tif 000004
【００２７】
これにより、モーター１２への電流が適切に制御されて、モーター１２の回転の速度やトルク、ひいては、回転子１２Ａの位置を制御するができ、これにより、ゲートバルブ３を適正な位置に移動させることができる。
【００２８】
なお、上記数式におけるＵｐ（ｔ）は、サンプル値をｋとすると、次の数式により一般化して表すこともできる。
【００２９】
【数３】
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【００３０】
一方、加速度計測部２４は、図３及び図４に示すように、モーター１２に電気的に接続された加速度メーター（アクセラメーター）２４Ａを備え、この加速度メーター２４Ａにより、モーター１２の回転子１２Ａの回転の加速度（ａ（ｔ）：図４参照）を計測して、電子情報として、この電子情報を中央処理部２６であるＤＳＰ２６Ａへ送る。
【００３１】
中央処理部２６では、この加速度計測部２４から送られてきたモーター１２の回転子１２Ａの加速度情報（ａ（ｔ））の値を元に、その加速度の変位からモーター１２の振動状態（アクティブバイブレーション）を診断してモーターの振動状態の振幅周期と逆位相の回転状態となるように、モーター１２の回転子１２Ａの回転の加速度を制御する。
【００３２】
具体的には、中央処理部２６であるＤＳＰ２６Ａは、特に図４に示すように、この計測値である加速度メーター２４Ａからの加速度情報（ａ（ｔ））の変位から、ラプラス変換（Ｓ）による微分動作（Ｋｖ）と比例動作（Ｋｇ）により、振動の周期を関数化（ｕ（ｋ）：図４参照）して予測し、その予測値による振動が実際に発生するまでの時間的なズレ（ｎ）を考慮して、とある測定値の場合に、その振動を打ち消すために必要なリアルタイムでの振幅周期を関数化して算出し（ｕ（ｋ−ｎ）：図４参照）、これと逆位相となる加速度の制御出力値を振動除去信号（Ｕａ（ｔ）：図４参照）として生成する。
【００３３】
この場合における中央処理部２６での演算処理をより具体的に示すと、次の数式により、表すことができる。
【００３４】
【数４】
2010027790.tif 000006
【００３５】
また、この場合、振幅の遅延値であるＤ（ｕ（ｋ））は、次の式により算出する。
【００３６】
【数５】
2010027790.tif 000007
【００３７】
以上により、モーター１２からの加速度の出力値（測定値）から、モーター１２への加速度のネガティヴフィードバック（負帰還）が達成され、振動に影響を与える加速度も適切に制御して振動の発生をも抑制することができる。
【００３８】
なお、上記数式におけるＵａ（ｔ）は、サンプル値をｋとすると、次の数式により一般化して表すこともできる。
【００３９】
【数６】
2010027790.tif 000008
【００４０】
そして、中央処理部２６であるＤＳＰ２６Ａでは、上記サーボ回路部２２によるＰＩＤ制御（ループ１）の結果であるＵｐ（ｔ）と、上記加速度計測部２４によりネガティヴフィードバック（ループ２）の結果であるＵａ（ｔ）とを合成して、モーター１２への最終的な出力信号（Ｍ（ｔ））とし、この最終的な出力信号（Ｍ（ｔ））を、図３及び図４に示すように、測定側とモーター１２への出力側とを電気的に絶縁するためのアイソレータ及び定電流及び整流を制御するモータードライブ（図３参照）を介して、モーター１２へフィードバックして、モーター１２の制動を制御する。これにより、上記ＰＩＤ制御によるモーター１２の回転子１２Ａの位置調整のみならず、モーター１２の加速度のネガティヴフィードバックにより振動をも抑制することができる。
【００４１】
この最終的な出力値であるＭ（ｔ）は、次の数式により算出することができる。
【００４２】
【数７】
2010027790.tif 000009
【００４３】
なお、上記数式におけるＭ（ｔ）は、サンプル値をｋとすると、次の数式により一般化して表すこともできる。
【００４４】
【数８】
2010027790.tif 000010
【００４５】
なお、この場合、大型化された現在のバルブ３に発生する振動は、比較的ゆっくりと大きく揺れる低周波領域での振動であるため、この振動の制御のために加速度を制御しても、周波数帯域が全く異なるモーターの移動速度のために制御される加速度の制御には影響を与えない。
【００４６】
なお、図示の実施の形態では、制御手段１４の制御回路部１６とコントローラー１８とを別に構成し、制御手段１４の一部である制御回路部１６のみをモーター１２に一体的に取付け、コントローラー１８とケーブル２０により電気的に接続したが、制御回路部１６コントローラー１８とを一体的に構成して制御手段１４の全体をモーター１２に一体的に取り付けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、特に、半導体装置におけるエッチング装置やＣＶＤによる薄膜処理、ＰＶＤ、更には、フラットパネルディスプレイの製造等に使用される処理チャンバに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のモーター制御装置の設置状態を示す正面図である。
【図２】図２は、本発明のモーター制御装置のバルブへの取付状態を示し、同図（Ａ）はその斜視図、同図（Ｂ）はその概略断面図である。
【図３】本発明に用いられる制御手段の概念図である。
【図４】本発明に用いられる制御手段による制御処理の内容の概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  処理チャンバ
２  吸引バルブ
３  ゲートバルブ
１０  制御装置
１２  モーター
１２Ａ  モーターの回転子
１２ａ  モーターの歯
１４  制御手段
１６  制御回路部
１８  コントローラー
２０  ケーブル
２２  サーボ回路部
２２Ａ  エンコーダ
２４  加速度計測部
２４Ａ  加速度メーター
２６  中央処理部
２６Ａ  ＤＳＰ
【図１】
2010027790.tif 000011
【図２】
2010027790.tif 000012
【図３】
2010027790.tif 000013
【図４】
2010027790.tif 000014