JP2006085907A

JP2006085907A - 電源装置及び半導体製造装置

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Publication number: JP2006085907A
Application number: JP2004266236A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ishizu; 秀雄石津; Masayuki Suzuki; 雅行鈴木
Original assignee: Kokusai Electric Semiconductor Service Inc
Current assignee: Kokusai Electric Semiconductor Service Inc
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】ヒータの断線を早期に予知し、基板のロットアウトを防止する。
【解決手段】電源装置２１は、電力フィードバック部２３と温度制御部２４とを備え、これらによって交流電源１からヒータ７に電力を供給するように構成されている。ヒータ供給電力制御時は、温度制御部２４から回線１００を介して電力フィードバック部２３に温度制御信号を送り、電力フィードバック部２３はこの温度制御信号に電力制御信号を重畳して電力調整用サイリスタ回路５を制御する。ヒータ劣化判定時は、電力フィードバック部２３から温度制御部２４に測定電流及び測定電圧を送り、温度制御部２４は、この測定電流と測定電圧とに基づいて求めたヒータ抵抗と、測定温度と抵抗温度係数とに基づいて求めたヒータの基準時の抵抗とに基づいてヒータ７の劣化を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒータに電力を供給する電源装置、及びそれを搭載した半導体製造装置に関するものである。

図５に従来のヒータ用の電源装置の構成を示す。ヒータ用の電源装置２０は、その入力端に交流電源１に接続される受電端子台２を持ち、その出力端にヒータ７に接続される分配用端子台６を持つ。受電端子台２と分配用端子台６との間に、電源ブレーカ３、電源トランス４、電力調整器としての電力調整用サイリスタ回路５が接続される。ヒータ７に温度測定用熱電対８が設けられる。

交流電源１を受電端子台２で受電し、電源ブレーカ３を通して、電源トランス４に電力を供給する。電源トランス４で変圧された電力は、電力調整用サイリスタ回路５で制御され、分配用端子台６からヒータ７に供給される。これによりヒータ７が加熱されて、ヒータ７の温度が変化する。このヒータ温度は熱電対８によって測定されて温度調節計９に入力される。温度調節計９は、熱電対８で測定された測定温度と設定温度との差を求め、その温度差に応じてヒータ７に供給すべき電力量を演算する。この演算結果は位相制御量に換算されて、温度調節計９から電力調整用サイリスタ回路５に制御信号として出力される。電力調整用サイリスタ回路５は、その制御信号のタイミングに応じた電力をヒータ７に供給する。

しかし、従来の技術は、ヒータの断線を検知する方法として、ヒータの電流を監視するしかなく、ヒータを断線前に交換するためには、せいぜい、ヒータの材料、使用時の環境により判断するしかなかった。
ヒータが断線すると、加熱炉で正常な熱処理ができなくなり、基板のロット不良を出してしまう等、生産性に影響が出るという問題があった。特に半導体製造装置の縦型炉にあっては、一度に処理する被処理体の数が大量であるため影響は大きかった。これを補うために、予備のヒータを準備して、定期交換しているが、ヒータの寿命判断が甘いため、寿命予測範囲期間内で断線するという問題点もある。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、ヒータの断線を早期に予知し、基板のロットアウトを防止することが可能な電源装置及びそれを搭載した半導体製造装置を提供することにある。

第１の発明は、交流電源からヒータに電力を供給しつつ、ヒータの劣化を判定する電源装置において、前記交流電源から制御信号に応じた電力を前記ヒータに供給する電力調整器と、前記ヒータに供給される電流及び電圧を測定し、測定電流及び測定電圧に応じた電力制御信号を前記電力調整器に与えて、該電力調整器を制御する電力フィードバック部と、前記ヒータの温度を測定し、測定温度に応じた温度制御信号を前記電力調整器に与えて、該電力調整器を制御することが可能な温度制御部とを備え、前記電力フィードバック部と前記温度制御部とは回線で接続され、ヒータ供給電力制御時は、前記温度制御部から前記電力フィードバック部に温度制御信号を送り、前記電力フィードバック部は前記温度制御信号を前記電力制御信号で補正した補正制御信号で電力調整器を制御するようにし、ヒータ劣化判定時は、前記電力フィードバック部から前記温度制御部に前記測定電流及び前記測定電圧を送り、前記温度制御部は、前記測定電流と前記測定電圧とに基づいて求めたヒータ抵抗と、前記測定温度と抵抗温度係数とに基づいて求めたヒータの基準時の抵抗とに基づいて前記ヒータの劣化を判定するようにしたものであることを特徴とする電源装置である。
本発明によれば、ヒータの劣化の程度を割り出すことが可能となるので、ヒータの断線を早期に予知することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記温度制御部は、前記ヒータの基準時の抵抗を演算するための抵抗温度係数を記憶するメモリと、前記測定電流と前記測定電圧とに基づいて前記ヒータ抵抗を求め、前記測定温度と前記メモリに記憶してある抵抗温度係数とに基づいて前記ヒータの基準時の抵抗を演算し、前記ヒータの基準時の抵抗と前記ヒータ抵抗とに基づいて当該ヒータの劣化の程度を割り出す割出手段とを備えることを特徴とする電源装置である。
本発明によれば、ヒータの抵抗温度係数からヒータの基準時の抵抗を求め、これとヒータ抵抗とを比較するだけで、ヒータの劣化の程度を割り出すことができるので、ヒータの断線を容易に予知することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明の電源装置を備えた半導体製造装置である。ヒータ劣化判定機能を有する第１又は第２の発明の電源装置を備えているので、基板のロットアウトを防止することができる。

本発明によれば、ヒータの断線を早期に予知し、基板のロットアウトを防止することができる。

以下に本実施の形態による電源装置を説明する。
図１に示すように、交流電源（例えば商用電源）１からヒータ７に電力を供給する電源装置２１は、その入力端に交流電源１に接続する受電端子台２を備え、その出力端にヒータ７に接続する分配用端子台６とを備える。交流電源１は、例えば周波数５０／６０Ｈｚ、ＡＣ２００Ｖの商用電源である。ヒータ７は、例えばニケイ化モリブデン製の抵抗加熱ヒータである。

受電端子台２には、電源ブレーカ３が接続され、さらに必要に応じて電源トランス４が接続される。交流電源１を受電端子台２で受電し、電源ブレーカ３を通して、電源トランス４に電力を供給するようになっている。この電源トランス４は、ヒータ７の仕様により、使われない場合もある。なお、電源装置によっては、ヒータ７を複数の領域に分割して個別に電力制御が可能なように、電力調整用サイリスタ回路５を複数用意しているものある。

電源トランス４の２次側には、さらに電力調整器としての電力調整用サイリスタ回路５と、電力フィードバック部２３と、温度制御部２４とを備える。電源トランス４で変圧された電力は、電力フィードバック部２３により制御される電力調整用サイリスタ回路５へ供給され、分配用端子台６に接続されたヒータ７に加えられるようになっている。

電力調整用サイリスタ回路５は、電力フィードバック部２３からの指令に基づいた電力をヒータ７に供給する。この電力調整用サイリスタ回路５は、電力フィードバック部２３から加えられる制御信号の周波数に応じた交流電力をヒータ７に供給する。

電力フィードバック部２３は、ヒータ７の状態を監視しながら電力変動を補正する。この電力フィードバック部２３は、電力調整用サイリスタ回路５の出力線間電圧（ヒータ電圧）を測定する電圧測定ライン１７と、ヒータ７に流れるヒータ電流を測定するカレントトランス１８と、電力変動を検出する電力フィードバック回路１６とを有する。電力変動を検出する電力フィードバック回路１６は、電圧測定ライン１７で測定した測定電圧と設定電圧との差、及びカレントトランス１８で測定した測定電流と設定電流との差を求める。これらの差が電力変動となる。この電力変動に応じて、ヒータ７に供給すべき電力量を演算し、その演算結果を電力調整用サイリスタ回路５に電力制御信号としてフィードバック出力する。また、電力フィードバック部２３は、温度調節計９と通信回線１００で接続されて、温度調節計９からの通信により、ヒータ温度をコントロールする温度制御信号を受け取り、この温度制御信号を電力制御信号で補正し、この補正した制御信号を電力調整用サイリスタ回路５に出力する。

温度制御部２４は、温度調整機能と断線予知機能とを有する。温度調整機能は、ヒータ７の温度変動を検出して、その変動に応じた温度制御信号を電力フィードバック回路１６に出力することによって、ヒータ７の温度をコントロールする。断線予知機能は、電力フィードバック部２３で測定したヒータ電圧、ヒータ電流を受け取り、これらと温度制御部２４で測定したヒータ温度の３要素を、ヒータ固有のデータとを比較することによって、ヒータ７の劣化を検出して断線の予知を行う。

温度調整機能を実現するために、温度制御部２４は、温度センサとしての熱電対８と、ヒータ温度を調節するための温度調節計９とを有する。熱電対８は、ヒータ７の近傍に設けられ、熱起電力によりヒータ温度を測定する。熱電対８は、ヒータ７が複数に分割されいれば、各ヒータ毎に設けられる。温度調節計９は、熱電対８で測定されたヒータ７の測定温度と設定温度との温度差（温度変動）を求める。この温度差に応じて、ヒータ７に供給すべき電力量を演算し、電力フィードバック回路１６を介して、電力調整用サイリスタ回路５に演算結果としての温度制御信号としてフィードバック出力する。また、温度調節計９は、温度異常やヒータ劣化等を検出したときは、アラームを出力する。

また、断線予知機能を実現するために、温度制御部２４は、電力フィードバック部２３と通信回線１００で接続され、電力フィードバック部２３で測定したヒータ電圧及びヒータ電流を受け取り、これらと温度制御部２４で測定したヒータ温度との３要素を、ヒータ固有のデータとを比較することによって、ヒータ７の劣化を検出して断線の予知を行い、その結果をアラーム出力とする。

つぎに、図２を用いて、ヒータ７を制御する電力フィードバック回路１６及び温度調節計９とについて具体的な説明を行う。

図２においては、ヒータ７を３つの分割ヒータ７ａ、７ｂ、７ｃに分割して制御する場合を示す。これに応じて３つの電力調整用サイリスタ回路５ａ、５ｂ、５ｃが設けられる。また、３つのカレントトランス１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、３つの電圧測定ライン１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、及び３つの熱電対８ａ、８ｂ、８ｃが設けられる。

電力フィードバック回路１６は、ＣＰＵ１６１、プログラムメモリ１６２、複数のアナログ信号をデジタル信号に変換するマルチＡ／Ｄユニット１６３、複数のデジタル信号をアナログ信号に変換するマルチＤ／Ａユニット１６４を備える。また、ＣＰＵ１６１と、温度調節計９のＣＰＵ９０とが通信回線１００で接続されて、電力フィードバック回路１６と温度調節計９との間でＣＰＵ間通信が可能になっている。

電力フィードバック回路１６は、３つのカレントトランス１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、及び３つの電圧測定ライン１７ａ、１７ｂ、１７ｃで測定した測定電圧及び測定電流（いずれもアナログ信号）をマルチＡ／Ｄユニット１６３に取り込み、測定電圧及び測定電流をデジタル信号に変換して、ＣＰＵ１６１に入力する。ＣＰＵ１６１は、これらのデジタル信号から測定電力を求めた上で、プログラムメモリ１６２に予めプログラムされた電力プロフィールに基づく設定電力と前記測定電力とを比較して、ヒータ７に供給すべき電力量を演算し、その演算結果をマルチＤ／Ａユニット１６４に入力して、アナログ信号に変換する。電力フィードバック回路１６は、このアナログ信号を電力制御信号として、電力調整用サイリスタ回路５ａ、５ｂ、５ｃに出力する。

このように電力フィードバック回路１６から電力調整用サイリスタ回路５にフィードバック制御を行い、これにより、ヒータ７に加えられる電力変動が抑制されるために、ヒータ７には安定した電力が供給される。

また、電力フィードバック回路１６は、ＣＰＵ間通信により、温度調節計９のＣＰＵ１６１から温度制御信号を受け取り、ＣＰＵ１６１はこの温度制御信号の指令値に電力制御信号の電力量を併せた補正演算を行い、その補正演算結果をマルチＤ／Ａユニット１６４でアナログ信号に変換し、補正制御信号として電力調整用サイリスタ回路５ａ、５ｂ、５ｃにフィードバック出力する。
したがって、ヒータ７には、温度変動と電力変動とが加味された補正電力が供給されるために、ヒータ７にはより安定した電力が供給される。

他方、温度調節計９は、ＣＰＵ９０、プログラムメモリ９１、９２と、マルチＡ／Ｄユニット９３、及びマルチＤ／Ａユニット９４を備える。マルチＡ／Ｄユニット９３は、熱電対８ａ、８ｂ、８ｃで測定した３つの測定温度（アナログ信号）と、これに対応した３つの設定温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ（アナログ信号）を、それぞれデジタル信号に変換する。マルチＤ／Ａユニット９４は、複数（３つ）のデジタル信号を複数のアナログ信号に変換する。また、ＣＰＵ９０及びＣＰＵ１６１と上位装置等とを接続する上位通信ユニット９４と、ヒータ７ａ、７ｂ、７ｃの個別発停が可能なアラームを出力するＤＯ（ディスクリート・アウトプット）出力回路９５とを備える。
前記プログラムメモリ９１は、演算で求めたヒータ抵抗を蓄積していくためのメモリを構成する。また、前記プログラムメモリ９２は、ヒータの基準時の抵抗を演算するための抵抗温度係数、及び演算で求めたヒータの基準時の抵抗を記憶するメモリを構成する。

温度調節計９は、熱電対８ａ、８ｂ、８ｃで測定した測定温度と、これらに対応した設定温度Ｔａ、Ｔｂ、ＴｃとをマルチＡ／Ｄユニット９３で受け取り、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＣＰＵ９０は、デジタル変換された測定温度と設定温度との温度差を計算する。この温度差に応じて、ＣＰＵ９０は、ヒータ７に供給するべき電力量をＰＩＤ演算等で計算し、電力フィードバック回路１６のＣＰＵ１６へＣＰＵ間通信で計算結果を温度制御信号として出力する。電力フィードバック回路１６のＣＰＵ１６は、温度調節計９からの温度制御信号をマルチＤ／Ａユニット１６４でアナログ信号に変換する。電力フィードバック回路１６は、このアナログ信号を制御信号として、電力調整用サイリスタ回路５ａ、５ｂ、５ｃに出力する。温度差に応じた電力がヒータ７ａ、７ｂ、７ｃに供給されることにより、ヒータ７ａ、７ｂ、７ｃの温度が変化する。

このようにヒータ７（ヒータ７ａ〜７ｃ）に対して必要数の熱電対８（８ａ〜８ｃ）を設け、熱起電力を温度調節計９にフィードバックして、その温度調節計９の制御信号を、電力フィードバック回路１６を介して電力調整用サイリスタ回路５に出力することで、ヒータ７の温度を所定の温度に保つようになっている。

また、温度調節計９は、電力フィードバック回路１６のＣＰＵ１６１からの測定電圧及び測定電流をＣＰＵ間通信によりＣＰＵ９０で受け取る。ＣＰＵ９０は、測定電圧及び測定電流からヒータ７のヒータ抵抗を求め、プログラムメモリ９１に蓄積する。また、温度調節計９で得ている測定温度と、プログラムメモリ９２に記憶した抵抗温度係数とからヒータの基準時の抵抗を演算して、プログラムメモリ９２に記憶する。ＣＰＵ９０は、プログラムメモリ９２に記憶したヒータ７の基準時の抵抗（比較判定テーブル）と、プログラムメモリ９１に蓄積したヒータ抵抗とを比較して、ヒータ７の劣化及び断線の判定を行う。ＣＰＵ９０でヒータの劣化が生じ又は断線と判定されたときは、ＤＯ出力回路９５からアラーム信号が出力され、図示しないスピーカからアラームを出して、ヒータ７の交換の必要性があることを促す。
上述したＣＰＵ９０が本発明の割出手段を構成する。

このように電力フィードバック回路１６と温度調節計９とは、互いに協働することにより、リアルタイムで温度変動に電力変動の補正を行ったヒータ制御をしながら、リアルタイムでヒータ７の劣化監視を行っている。このヒータ劣化監視は、予知アルゴリズムに基づいて行う。

以下に予知アルゴリズムについて説明する。
ここで、ヒータ７の劣化の程度を割り出す原理について説明する。ヒータ７の抵抗Ｒは、例えばヒータ７を構成する金属素線の抵抗温度係数ρを１／℃（ａｔ２０℃）（Ω・ｍ）、長さｌを１０００ｍとし、素線半径を１ｍｍとすると、断面積Ｓは３．１４×１０^-6（ｍ²）となるから、
Ｒ＝ρ×ｌ／Ｓより、
Ｒ（20℃）＝1（Ω・ｍ）×1000(m)/3.14×10^-6(m²)=3.185×10⁸(Ω)となる。

ヒータ７が経時変化により劣化することで、ヒータ素線の半径が０．８ｍｍになったとすると、このときのヒータ７の抵抗Ｒ’は、
R’=1(Ω・m)×1000(m)/(0.0008×0.0008×3.14)(m²)=4.976×10⁸(Ω)となる。
このため、ヒータ７の理論的な抵抗に対する、ヒータ７の実際の抵抗の変化に基づいて、ヒータ７の劣化の程度を割り出すことが可能となる。

図３は、図２に示すプログラムメモリ９２の記憶内容を示す図である。図３には、例示としてヒータ７として使用可能なヒータ７Ａ及び７Ｂに関する情報を記憶している場合を示している。プログラムメモリ９２は、ヒータ７の固有の識別番号と、ヒータ７の抵抗温度係数と、ヒータ７の長さと、ヒータ７の断面積と、ヒータ７の基準時の抵抗、例えば製造時の基準抵抗とを一組で記憶してあるメモリである。
なお、プログラムメモリ９２に、ヒータ７の温度−抵抗特性を記憶してルックアップテーブル化しておくことで、ＣＰＵ９０においてヒータ７の理論的な抵抗を算出するという作業をしなくて済むようにしてもよい。

図３では、ヒータ７Ａと、ヒータ７Ａを２０℃及び８００℃及び１０００℃に加熱したときの抵抗温度係数１．００及び１．０１及び１．０４（Ω・ｍ）と、ヒータの長さ１０００（ｍ）と、ヒータ７Ａの断面積４×１０^-6（ｍ²）と、ヒータ７Ａの製造時の基準抵抗４．５５７（Ω）とを対応させて記憶している様子を示している。

また、ヒータ７Ｂと、ヒータ７Ｂを２０℃及び８００℃及び１０００℃に加熱したときの抵抗温度係数１．００及び１．０１及び１．０４と、ヒータ７Ｂの長さ１５００（ｍ）と、ヒータ７Ｂの断面積４×１０^-6（ｍ²）と、ヒータ７Ｂの製造時の基準抵抗９．４（Ω）とを対応させて記憶している様子を示している。

なお、プログラムメモリ９２には、少なくとも、ヒータ７を劣化を監視する際のヒータ７の温度に対応する抵抗温度係数を記憶しておけばよいが、さらに多くの抵抗温度係数を記憶しておいてもよい。
本実施の形態では、後述する数式と上記情報とに基づいて、ヒータ７の劣化の程度を割り出すようにしている。

図４は、図１及び図２に示す電源装置のヒータ劣化監視機能を説明するフローチャートである。ここでは、ヒータ７は、図示しない処理室内の被処理体を加熱処理するようになっている。
まず、交流電源１の交流電圧をヒータ７に印加して、ヒータ７を例えば８００℃に向けて加熱する（ステップＳ１）。具体的には、交流電源１からヒータ７に対して交流電圧を印加する際に、電力フィードバック部２３、温度制御部２４で電力調整用サイリスタ回路５をオンしておき、交流電源１の交流電圧を、電源トランス４でヒータ７で使用可能な電圧に変換してから印加することによってヒータ７を加熱する。この状態をアイドル状態（スタンバイ状態）という。

つぎに、温度調節計９のＣＰＵ９０は、ヒータ７自体の温度を測定する熱電対８から出力される起電力信号に基づいて、ヒータ７の温度が、ヒータ７の測定温度である例えば８００℃に達したか否かを判別し、８００℃に達するまで判別を繰り返す（ステップＳ２）。
ヒータ７が例えば８００℃（測定温度Ｔ℃）に達した場合には、ヒータ７に印加されている電圧のレベルを、電圧測定ライン１７によって測定する（ステップＳ３）。

また、ヒータ７に流れる電流のレベルを、カレントトランス１８からの電流に基づいて測定する（ステップＳ４）。上述したステップＳ２で８００℃を検出する時間を含めてステップＳ４で電流レベルを検出するまでの検出時間は、例えば数十ｍｍｓｅｃオーダであり、最大でも１秒程度である。また、これら一連のステップを繰り返して複数の検出データを取得するようにしてもよい。複数の検出データを取得する場合は、それらの平均値を採用する。

なお、電圧測定ライン１７とカレントトランス１８とによるアナログ信号は、電力フィードバック回路１６のマルチＡ／Ｄユニット１６３によって、デジタル信号に変換され、電力フィードバック回路１６のＣＰＵ１６１から、通信回線１００を経由して温度調節計９のＣＰＵ９０へ入力される。また、熱電対８によるアナログ信号は、温度調節計９のマルチＡ／Ｄユニット９３によって、デジタル信号に変換されて、ＣＰＵ９０へ入力される。
上述したヒータ電圧、ヒータ電流、ヒータ温度などのヒータの変動（劣化等）はリアルタイムで監視される。

つぎに、ＣＰＵ９０は、例えば、熱電対８の測定温度（Ｔ℃）とプログラムメモリ９２の記憶内容とに基づいて、測定温度（Ｔ℃）でのヒータ７の理論的な抵抗Ｒを算出する（ステップＳ５）。理論的な抵抗Ｒは、測定温度での抵抗温度係数をρT（ａｔＴ℃）、ヒータ７の長さをｌ、ヒータ７の断面積をＳとすると、
Ｒ＝ρT×ｌ／Ｓ
と示すことができる。

つぎに、ＣＰＵ９０は、電圧測定ライン１７とカレントトランス１８との検出結果に基づいて、ヒータ７の実際の抵抗Ｒ’を算出する（ステップＳ６）。抵抗Ｒ’は、ヒータ７の電圧のレベルをＶ、ヒータ７の電流のレベルをＩとすると、
Ｒ’＝Ｖ／Ｉ
と示すことができる。

つづいて、ヒータ７の理論的な抵抗Ｒとヒータ７の実際の抵抗Ｒ’との変化率を算出する（ステップＳ７）。なお、変化率は、以下のように示すことができる。
変化率＝（Ｒ−Ｒ’）／Ｒ×１００（％）

つぎに、ＣＰＵ９０は、算出した変化率が例えば±１０％以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。判定の結果、変化率が例えば±１０％以上である場合には、ＣＰＵ９０は、近々、ヒータ７の交換の必要性があるとして、ＤＯ出力回路９５へ命令することによって、例えばスピーカからアラーム＃１を出力してから、ステップＳ１０へ移行する（ステップＳ９）。

ステップＳ１０では、変化率が例えば３０％以上であるか否かを判定する。判定の結果、変化率が例えば３０％以上である場合には、ＣＰＵ９０は、早急に、ヒータ７の交換の必要性があるとして、ＤＯ出力回路９５へ命令することによって、例えばスピーカからアラーム＃１とは音色、周波数等の異なるアラーム＃２を出力する（ステップＳ１１）。

つづいて、被処理体をロット不良にすることなくヒータ７の交換を可能とするために、実際に処理室に被処理体を搬入する前に、ヒータ７の加熱を終了する（ステップＳ１３）。

一方、変化率が例えば±１０％以上でない場合、及び、変化率が例えば±３０％以上でない場合には、引き続き、ヒータ７を加熱していき、温度調節計９によって、熱電対８から出力される電気信号と予め設定しているヒータ７の設定温度とに基づいて、電力調整用サイリスタ回路５をオン／オフして、アイドル状態（スタンバイ状態）を継続する。また、熱電対８から出力される電気信号が示す情報や電力調整用サイリスタ回路５のオン／オフの制御情報を上位装置等へ送信する（ステップＳ１２）。

以上説明したように、実施の形態による予知アルゴリズムでは、同じ温度における理論的なヒータ抵抗値と実際のヒータ抵抗値との変化をとらえて、ヒータの劣化の程度を割り出すことにより、ヒータの劣化の程度からヒータの交換の必要性があれば、その旨を報知して、ヒータの交換を促すことができるようにしている。したがって、作業者の経験に基づく主観的な判断に頼ることなく、客観的な判断ができるようになり、ヒータを断線前に交換することができる。その結果、安定した電力制御が可能となる。

また、実施の形態では、商用電源をヒータ抵抗測定用の電源として用いているために、ヒータ抵抗測定用の特別な電源が不要となり、構成が簡単になる。

さらに既存の温度調節計を用いて、その出力を電力フィードバック回路に加えて、電力調整用サイリスタ回路のゲート制御信号を出力するようにしたので、従来のシステムと互換性を持たせることができ、僅かな変更を加えるだけで、従来システムから本システムに容易に変更できる。

また、上述した実施の形態のヒータの電源装置２１は、ヒータ７が処理室内の被処理体を加熱処理する一般的な場合について説明したが、具体的には、反応炉を備える半導体製造装置に搭載することが可能である。反応炉は、石英チューブと、この石英チューブを外部から加熱する筒状のヒータとから構成される。このヒータを加熱するために実施の形態の電源装置を用いる。上述した電源装置を半導体製造装置に搭載すれば、ヒータ温度の安定性が得られるので、高性能な半導体デバイスを得ることができる。

また、既存の半導体製造装置の電源装置に、本実施例の電源装置となるような変更を加えるだけ、ヒータの劣化を監視することができる装置を実現できる。この場合において、ヒータの劣化等をリアルタイム監視し、ヒータの経時変化による断線を事前に検知し、異常警報を出すことで、投入されたウェハのロットアウトを事前に防止することが可能となる。また、ヒータの劣化の程度を知ることができるので、常に反応炉で正常な熱処理ができるようになり、被処理体のロット不良を出すこともなく、生産性を向上できる。特に多数のウェハを同時処理する縦型炉の生産性を向上することができる。また、ヒータの劣化判断が正確にできるため、予備のヒータを準備して定期交換する必要がなく、必要に応じたヒータ交換ができるようになり、また交換後に寿命予測範囲期間内で断線するという問題もなくなる。

実施の形態による電源装置のブロック図である。実施の形態による電源装置の要部のブロック詳細図である。実施の形態によるプログラムメモリの記憶内容を示す図である。実施の形態による電源装置の動作を示すフローチャートである。従来例による電源装置のブロック図である。

符号の説明

１交流電源
７ヒータ
５電力調整用サイリスタ回路（電力調整器）
８熱電対（温度センサ）
９温度調節計
１６電力フィードバック回路
１７電圧測定ライン
１８カレントトランス
２１電源装置
２３電力フィードバック部
２４温度制御部
１００通信回線

Claims

交流電源からヒータに電力を供給しつつ、ヒータの劣化を判定する電源装置において、
前記交流電源から制御信号に応じた電力を前記ヒータに供給する電力調整器と、
前記ヒータに供給される電流及び電圧を測定し、測定電流及び測定電圧に応じた電力制御信号を前記電力調整器に与えて、該電力調整器を制御する電力フィードバック部と、
前記ヒータの温度を測定し、測定温度に応じた温度制御信号を前記電力調整器に与えて、該電力調整器を制御することが可能な温度制御部とを備え、
前記電力フィードバック部と前記温度制御部とは回線で接続され、
ヒータ供給電力制御時は、前記温度制御部から前記電力フィードバック部に温度制御信号を送り、前記電力フィードバック部は前記温度制御信号を前記電力制御信号で補正した補正制御信号で電力調整器を制御するようにし、
ヒータ劣化判定時は、前記電力フィードバック部から前記温度制御部に前記測定電流及び前記測定電圧を送り、前記温度制御部は、前記測定電流と前記測定電圧とに基づいて求めたヒータ抵抗と、前記測定温度と抵抗温度係数とに基づいて求めたヒータの基準時の抵抗とに基づいて前記ヒータの劣化を判定するようにしたものである
ことを特徴とする電源装置。
前記温度制御部は、
前記ヒータの基準時の抵抗を演算するための抵抗温度係数を記憶するメモリと、
前記測定電流と前記測定電圧とに基づいて前記ヒータ抵抗を求め、前記測定温度と前記メモリに記憶してある抵抗温度係数とに基づいて前記ヒータの基準時の抵抗を演算し、前記ヒータの基準時の抵抗と前記ヒータ抵抗とに基づいて当該ヒータの劣化の程度を割り出す割出手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
請求項１又は請求項２に記載の電源装置を備えた半導体製造装置。