JP3988942B2 - ヒータ検査装置及びそれを搭載した半導体製造装置 - Google Patents
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Description
図7には、商用電源1と、受電用端子台2と、保護用ブレーカ(NFB)3と、電源トランス4と、ヒータ電力制御用のサイリスタ6と、加熱用のヒータ7と、ヒータ7の温度を測定する熱電対8と、ヒータ7の断線を検知するためのカレントトランス40と、ヒータ7の温度を制御する温度調節計30とを示している。
このとき、ヒータ7には電流が流れることでヒータ温度が上昇する。温度を測定する熱電対8は上昇したヒータ7の温度を電気信号に変えて、温度調節計30にフィードバックする。温度調節計30は、熱電対8からの数値とヒータ7の設定温度との差を演算して、サイリスタ6のオン/オフを制御する。
図8には、図7に示す部分に加えて、ヒータ7の断線を判断する断線検知器50を示している。ヒータ7の加熱の手法は、図7を用いて説明したとおりである。
第2の従来例では、ヒータ7の断線を検知するには、電流検知用のカレントトランス40に流れる電流を測定することで、ヒータ7の断線が判断可能となる。すなわち、断線検知器50がヒータ7に供給されているヒータ7の端子電圧とカレントトランス40からヒータ7に供給される電力とを監視し、ヒータ7の電流変化率の大幅な変化を検知する、又は、ヒータ7の端子電圧があるにもかかわらず、電流が検知できない場合に、断線と判断するようにしている。
ヒータが断線すると、炉で正常な熱処理ができなくなり、被処理体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。
第5の発明は、第3の発明又は第4の発明において、前記遮断手段は、前記交流電源と前記ヒータとを結ぶ経路から前記ヒータに加えられる印加電源の電源同期信号を取得し、当該電源同期信号に基づいて前記経路を遮断することを特徴とするヒータ検査装置である。
このため、基準時のヒータの抵抗の算出が容易となる。
このため、半導体の製造中に、ヒータが断線することによって、半導体が製造できないという事態が発生することを防止できる。
図1は、本発明の実施形態の半導体製造装置の構成要素である縦型炉にヒータを取り付けている様子を示す斜視図である。
図1には、縦型炉100の内壁に対して、半導体ウェーハ等の被処理体を加熱するヒータ7を蛇行させた状態で張り巡らせている様子を示している。ヒータ7は、二ケイ化モリブデン、ニクロムなどを主成分とした材料としている。図1に示すヒータ7で囲まれた領域に、被処理体が搬入される処理室を構成する反応管が位置することになる。
図2には、図1に示すヒータ7に加えて、以下説明する商用電源1と、受電用端子台2と、保護用ブレーカ(NFB)3と、電源トランス4と、サイリスタ6と、熱電対8と、熱電対9と、カレントトランス10Aと、温度調節計13Aと、ヒータ検査装置23Aとを示している。
受電用端子台2は、商用電源1からの電圧を受けてヒータ7側へ渡す端子が裁置されたものである。
保護用ブレーカ(NFB)3は、ヒータ7に過度の電圧が印加されることを防止するものであり、通常時にはオンすることで商用電源1とヒータ7とを導通しており、ヒータ7に過度の電圧が印加されそうなときにはオフすることで商用電源1とヒータ7との導通を断つものである。
サイリスタ6は、電源トランス4で変換された電圧の位相を制御してヒータ7に通電され電流を調整するスイッチ素子であり、熱電対8でのヒータ7の測定温度が炉の設定温度よりも低い場合にオンされ、熱電対8でのヒータ7の測定温度が炉の設定温度よりも高い場合にオフされるものである。
カレントトランス10Aは、ヒータ7に流れる電流をヒータ検査装置23A側へ出力するものである。
ヒータ検査装置23Aは、以下説明するテーブルメモリ14と、DO出力手段15と、通信インターフェイス(通信I/F)16と、演算器(CPU)17Aと、A/D変換器19と、電圧検出手段20Aと、電流検出手段21Aと、温度検出手段22とを備える。
電流検出手段21Aは、CPU17Aからの命令に従って、ヒータ7に流れる電流のレベルを、カレントトランス10Aからの電流に基づいて検出して、CPU17A側へ出力するものである。
A/D変換器19は、電圧検出手段20Aと電流検出手段21Aと温度検出手段22とによるアナログ信号の検出結果を、ディジタル信号の検出結果に変換するものである。
なお、テーブルメモリ14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、CPU17A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。
通信I/F16は、CPU17A及び温度調節計13Aと上位装置等とを接続するインターフェイスである。
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。
R’=1(Ω・m)×1000(m)/(0.0008×0.0008×3.14)(m2)=4.976×108(Ω)
となる。
図3は、図2に示すテーブルメモリ14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。
本実施形態では、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。
まず、商用電源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、商用電源1から半導体製造装置の縦形炉に対して、交流電圧を印加する際に、CPU17A等の制御によってNFB3及びサイリスタ6をオンしておき、商用電源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。これにより縦形炉をアイドル状態(スタンバイ状態)にする。
ヒータ7が例えば800℃(検出温度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、電圧検出手段20Aによって検出する(ステップS3)。
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、電圧検出手段20Aと電流検出手段21Aと温度検出手段22とによるアナログ信号の検出結果は、A/D変換器19によって、ディジタル信号の検出結果に変換され、CPU17Aに出力される。
理論的な抵抗Rは、検出温度での抵抗温度係数をρT(at T℃)、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。
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。
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(%)
判定の結果、変化率が例えば±10%以上である場合には、CPU17Aは、近々、ヒータ7の交換の必要性があるとして、DO出力手段15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)。
ここでは、電力要素を印加する印加手段が、ヒータ7に交流電圧を印加する商用電源1とは別な、直流電圧を印加する直流電源で構成される。なお、図2を用いて説明した部分と同じ部分には同符合を付して説明を省略する。
図5には、図1に示すヒータ7に加えて、以下説明する商用電源1と、受電用端子台2と、保護用ブレーカ(NFB)3と、電源トランス4と、サイリスタ6と、熱電対8と、熱電対9と、シャント抵抗器10Bと、ヒータ制御装置23Bとを示している。
シャント抵抗器10Bは、ヒータ7に流れる電流の一部を分離してヒータ制御装置23B側へ出力するものである。
電流検出手段21Bは、CPU17Bからの命令に従って、直流電圧発生器12によって発生された直流電圧をヒータ7に印加したときにヒータ7に流れる電流を、シャント抵抗器10Bによって分離された電流に基づいて検出するものである。
直流電圧発生器12は、取得手段11で取得された電源同期信号に基づいて、遮断手段であるサイリスタ6が位相制御されて、経路を一時的にオフしているときに、ヒータ7に印加する直流電圧を発生するものである。そのために、直流電圧発生器12はサイリスタ6を経ずにヒータ7に直接接続されるようになっている。前述した電源同期信号は、電源トランス4で変換されてサイリスタ6によって位相制御される電圧波形から形成される。
通信I/F16は、CPU17B及び温度調節計13Bと上位装置等とを接続するインターフェイスである。
まず、商用電源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S101)。
つぎに、CPU17Bは、ヒータ7自体の温度を測定する熱電対9から出力される電気信号に基づいて、ヒータ7の温度が、ヒータ7の検査温度である例えば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S102)。
ヒータ7が例えば800℃に達した場合には、CPU17Bは、取得手段11によって電源トランス4の二次側電源の電源同期信号を取得する(ステップS103)。
そして、CPU17Bは、直流電圧発生器12で発生された直流電圧を、ヒータ7に印加する(ステップS106)。
この状態で、電圧検出手段20Bによって、直流電圧発生器12によって発生されヒータ7に印加される直流電圧を検出する(ステップS107)。
さらに、温度検出手段22によって、熱電対9から出力される電気信号に基づいてヒータ7の温度(検出温度T℃、ここでは800℃)を検出する(ステップS109)。
なお、電圧検出手段20Bと電流検出手段21Bと温度検出手段22とによるアナログ信号の検出結果は、A/D変換器19によって、ディジタル信号の検出結果に変換され、CPU17Bに出力される。
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S113)。
判定の結果、変化率が例えば±10%以上である場合には、CPU17Bは、近々、ヒータ7の交換の必要性があるとして、DO出力手段15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S116へ移行する(ステップS115)。
実施例3は、実施例2の直流電圧発生器12(図5参照)に代えて直流電流発生器を備えたものであり、電力要素を印加する印加手段が、ヒータに直流電流を流す直流定電流源で構成されている。
4 電源トランス
6 サイリスタ
7 ヒータ
8 熱電対
9 熱電対
13A 温度調節計
14 テーブルメモリ
17A 演算器(CPU)
19 A/D変換器
20A 電圧検出手段
21A 電流検出手段
22 温度検出手段
23A ヒータ制御装置
Claims (8)
- 交流電源に基づいて加熱されるヒータに電力要素を印加する印加手段と、
前記印加手段によって前記ヒータに電力要素を印加したときに当該ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記印加手段によって前記ヒータに電力要素を印加したときに当該ヒータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
前記印加手段によって前記ヒータが加熱されているときの当該ヒータの温度を検出する温度検出手段と、
前記ヒータの基準時の抵抗を算出するための抵抗温度係数を記憶してあるメモリと、
前記電圧検出手段と前記電流検出手段との各検出結果に基づいて前記ヒータの検査時の抵抗を算出する第1算出手段と、
前記温度検出手段の検出結果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算出する第2算出手段と、
前記第1算出手段によって算出されたヒータの検査時の抵抗と前記第2算出手段によって算出された前記ヒータの基準時の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ヒータ検査装置。 - 前記電力要素を印加する印加手段が、前記ヒータを加熱する前記交流電源であり、
前記電流検出手段が、前記交流電源によって前記ヒータに交流電圧を印加したときに当該ヒータに流れる電流のレベルを検出するものであり、
前記電圧検出手段が、前記交流電源によって前記ヒータに交流電圧を印加したときに当該ヒータに印加される電圧のレベルを検出するものであり、
前記温度検出手段が、前記交流電源によって前記ヒータが加熱されているときの当該ヒータの温度を検出するものである
ことを特徴とする請求項1に記載のヒータ検査装置。 - 請求項1に記載のヒータ検査装置において、
さらに前記交流電源と当該交流電源に基づいて加熱されるヒータとの経路を遮断する遮断手段を備え、
前記電力要素を印加する印加手段が、前記遮断手段によって経路を遮断しているときに前記ヒータに直流電圧を印加する直流電源であり、
前記電流検出手段が、前記直流電源によって前記ヒータに直流電圧を印加したときに当該ヒータに流れる電流を検出するものであり、
前記電圧検出手段が、前記直流電源によって前記ヒータに直流電圧を印加したときに当該ヒータに印加される直流電圧を検出するものであり、
前記温度検出手段が、前記直流電源によって前記ヒータが加熱されているときの当該ヒータの温度を検出するものである
ことを特徴とするヒータ検査装置。 - 請求項1に記載のヒータ検査装置において、
さらに前記交流電源と当該交流電源に基づいて加熱されるヒータとの経路を遮断する遮断手段を備え、
前記印加手段が、前記遮断手段による前記経路の遮断、非遮断にかかわらず前記ヒータに直流定電流を流す直流定電流源であり、
前記電流検出手段が、前記遮断手段によって前記経路を遮断しているときに、前記直流定電流源によって前記ヒータに流れる電流を検出するものであり、
前記電圧検出手段が、前記遮断手段によって前記経路を遮断しているときに、前記直流定電流源によって前記ヒータに印加される直流電圧を検出するものであり、
前記温度検出手段が、前記遮断手段によって前記経路を遮断しているときに、前記直流定電流源によって前記ヒータが加熱されているときの当該ヒータの温度を検出するものである
ことを特徴とするヒータ検査装置。 - 前記遮断手段は、前記交流電源と前記ヒータとを結ぶ経路から前記ヒータに加えられる印加電源の電源同期信号を取得し、当該電源同期信号に基づいて前記経路を遮断することを特徴とする請求項3又は4に記載のヒータ検査装置。
- 前記割出手段によってヒータの劣化の程度を割り出した結果、前記ヒータの交換の必要性がある場合に、当該必要性があることを報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のヒータ検査装置。
- さらに、前記メモリには、前記ヒータの基準時の長さ及び断面積が記憶されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のヒータ検査装置。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載のヒータ検査装置を備えることを特徴とする半導体製造装置。
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