JP2000077345A

JP2000077345A - 電気炉制御装置

Info

Publication number: JP2000077345A
Application number: JP10248635A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakano; 稔中野; Kazuhiro Yokogawa; 和弘横川; Masaaki Ueno; 正昭上野
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】サイリスタ制御方式を複数用意し、これらを
半導体製造ステップ毎に切り替えて、各ステップにおけ
るヒータ制御の経済性と制御性とを両立させる。【解決手段】ヒータ１５に供給される電力は、炉内温
度とヒータ温度をもとに温度制御回路２１で決定され、
サイリスタ回路１９によって制御する。サイリスタ回路
１９にゲート信号を与える制御信号生成手段は切替手段
３７で切替自在に複数用意する。制御信号生成手段は、
位相制御信号生成手段３３、ゼロクロス制御信号生成手
段３４、交流電力の一周期または半周期単位で交互にオ
ンオフを切替える時分割分散ゼロクロス制御信号生成手
段３５、３６からなる。切替により温度安定状態を必要
とする実行ステップは位相制御、初期及び後期安定ステ
ップは経済効率を図るためにゼロクロス制御、半実プロ
セス状態となる昇温ステップは経済効率、制御性能がほ
ど良い半周期時分割分散ゼロクロス制御、降温ステップ
は若干経済効率を上げられる一周期時分割分散ゼロクロ
ス制御を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ等
の被処理基板を加熱して拡散／ＣＶＤ、アニール等を行
う熱処理装置の電気炉制御装置に係り、特に経済性と制
御性とを両立させるようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウェーハ等の被処理基板
を加熱して、拡散／ＣＶＤ、アニール等を行う熱処理装
置は、例えば円筒形状に形成された石英からなる反応管
の周囲をＳｉＣ等からなる均熱管で覆い、その周囲にヒ
ータ及び断熱材を配置した構成をとる。反応管内を加熱
するヒータ出力の制御は、例えば、ヒータを反応管の軸
方向に分割し、分割された領域毎に行なわれることが多
い。そして、反応管内部及び外部に配置される温度検出
器からの信号により、分割ヒータに印加する電力を反応
管内の温度分布が一定になるように個別に制御する。

【０００３】前記ヒータに供給する電力を制御する電力
制御回路には、一般的にはサイリスタ回路が用いられ
る。このサイリスタ回路を構成するサイリスタを制御す
る制御方式として、従来から位相制御及びゼロクロス制
御が使われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位相制
御方式は制御性能は良いが高周波ノイズを発生させると
いう欠点がある。また、ゼロクロス制御方式は経済効率
は良いが、電力を均等にバランス良く制御できないうえ
制御精度が位相制御よりも悪いという欠点がある。した
がって、前記いずれかの制御方式をサイリスタ制御に一
律に適用すると、次のような問題が生じる。

【０００５】半導体製造プロセスは、一般的には時系列
的に初期安定ステップ、昇温ステップ、実行ステップ、
降温ステップ、後期安定ステップから構成されるが、こ
れらのステップに位相制御方式を共通に使った場合、実
行ステップは温度安定状態を必要とするので位相制御方
式で良いが、初期安定ステップでは経済効率が悪くな
る。昇温ステップは半実行ステップ状態となるので、経
済効率、制御性能にほど良さが要求されるが、制御性能
が良すぎる割りに経済効率が悪い。降温ステップ、後期
安定ステップは経済効率が悪くなる。

【０００６】一方ゼロクロス制御方式を使うと、温度安
定状態を必要とする実行ステップの制御性が悪くなる。
初期安定ステップ、降温ステップ、後期安定ステップの
経済効率は良くなるが、昇温ステップでは経済効率が良
すぎるわりに、制御性能が悪いという問題が生じる。

【０００７】また、従来の方式に共通していえることで
あるが、領域間でヒータ出力の位相をずらすという制御
を行っていなかったので、領域間の電力分散平均化が困
難であった。

【０００８】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解消して、半導体製造プロセスを構成する各ステッ
プに応じた最適な電力制御が可能な電気炉制御装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、半導体製造プロセスを構成する複数のステップの中
からカレントステップを特定し、そのカレントステップ
に適合した電力制御方式を複数の制御方式から選択す
る。選択した制御方式では、炉内を所望温度にするため
に必要なヒータ電力を生じさせるための制御信号を生成
し、これを電力制御回路に加えて、ヒータに供給される
電力を制御する。

【００１０】これを実施するために本発明の電気炉制御
装置は、炉を加熱するヒータと、前記ヒータに供給する
電力を制御信号に応じて通電制御する電力制御回路と、
前記電力制御回路に加える制御信号を複数種類生成する
複数の制御信号生成手段と、半導体製造プロセスの各ス
テップ毎に前記複数の制御信号生成手段を切替えて当該
ステップに適合する制御信号生成手段を選択する切替手
段と、前記炉内外の検出温度をもとに前記ヒータに供給
する電力を決定する電力決定手段と、前記電力決定手段
で決定されたヒータ供給電力を得るために要求される制
御信号を、前記切替手段によって選択された前記制御信
号生成手段に生成させる制御手段とを備えるようにし
た。

【００１１】前記炉内外の検出温度は炉内温度やヒータ
温度などである。また前記複数種類の制御信号を生成す
る制御信号生成手段は、例えば前記電力の位相角制御に
より前記制御信号を生成する位相制御信号生成手段、制
御周期内で通電区間と非通電区間が分離されてそれぞれ
に集中するように前記制御信号を生成するゼロクロス制
御信号生成手段、前記制御周期内で通電区間と非通電区
間が分散するように前記制御信号を生成する時分割分散
ゼロクロス制御信号生成手段から構成することができ
る。時分割分散ゼロクロス制御信号生成手段はさらに半
周期時分割分散ゼロクロス制御信号生成手段と一周期時
分割分散ゼロクロス制御信号生成手段とから構成され
る。

【００１２】半導体製造プロセスを開始したら、プロセ
ス中のどのステップにあるか（カレントステップ）を時
間経過で判断し、当該ステップに適合する制御信号生成
手段を切替手段により選択する。例えば、各ステップが
初期安定ステップ、昇温ステップ、実行ステップ、降温
ステップ、後期安定ステップから構成されている場合、
実行ステップは温度安定状態を必要とするので位相制御
方式を使う。初期安定ステップは経済効率を図るために
ゼロクロス制御方式を使う。昇温ステップは半実行ステ
ップ状態となるので、経済効率、制御性能がほど良い半
周期時分割分散ゼロクロス制御方式を使う。降温ステッ
プでは、若干経済効率を上げることのできる一周期時分
割分散ゼロクロス制御方式を使う。後期安定ステップは
経済効率のよいゼロクロス制御方式を使う。

【００１３】一方、電力決定手段に炉内温度やヒータ温
度を読み込ませて、これらの温度をもとに、炉内が所望
の温度になるようにヒータに供給する電力を決定する。
制御手段は、この決定された電力を得るための制御信号
を、前記選択された制御信号生成手段に生成させる。位
相制御であれば、電力テーブルを参照し、ヒータ電力の
％値によってオフセットを決定し、オフセット時間経過
後、制御信号を発生させる。ゼロクロス制御であれば制
御周期中の通電区間を決定する。一周期時分割分散ゼロ
クロス制御及び半周期時分割分散ゼロクロス制御であれ
ば、制御周期中に制御信号を発生させるか否かを決定す
る。制御信号生成手段から出力された制御信号を電力制
御回路に印加してヒータに与える電力を通電制御し、炉
内温度を安定化する。

【００１４】前記ヒータは電気炉で一般的な抵抗加熱ヒ
ータが好ましい。電力制御回路は、通電制御素子である
サイリスタを構成要素とするサイリスタ制御回路とする
ことがもっとも簡易かつ安価である。また、上記電気炉
制御装置を熱処理装置に適用すると、ヒータ電力を平均
化させることができるので、より有効な熱処理ができ
る。前記ヒータは分割されていなくても良いが、ヒータ
を炉軸方向に複数に分割する場合には、各分割ヒータに
供給する電力の位相をずらすようにして、炉内部の温度
分布が均一になるようにすることが好ましい。

【００１５】制御信号生成手段はソフトウェアで実現し
ても、ハードウェアで構成してもよい。切替手段は、制
御信号生成手段がハードウェアで構成されているときは
メカニカルスイッチないし電子スイッチやセレクタ、マ
ルチプレクサなどのハードウェアスイッチで構成し、制
御信号生成手段がソフトウェアで構成されているときは
ソフトウェアスイッチで構成する。

【００１６】電力決定手段は、炉内温度とヒータ温度に
もとづき所定のアルゴリズムに従って、電力値を演算に
より求めて電力テーブルを作成する。あるいは、入力値
である炉内温度及びヒータ温度と出力値である電力値と
の全ての可能性のある関係を予め演算しておき、入力値
をアドレス、出力値をメモリの記憶値とするルックアッ
プテーブル方式のものでもよい。いずれにしても決定し
たヒータ供給電力は電力テーブルに書き込まれるように
する。

【００１７】制御手段も、電力テーブルにもとづき所定
のアルゴリズムに従って演算して、制御信号のタイミン
グを演算により求めるようにする。あるいは、入力値で
あるパワー値と出力値である制御信号タイミングとの全
ての可能性のある関係を予め演算しておき、入力値をア
ドレス、出力値をメモリの記憶値とするルックアップテ
ーブル方式のものでもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００１９】図２に熱処理装置である縦型拡散／ＣＶＤ
装置の電気炉制御装置を示す。電気炉１０は、被処理基
板１４を収納して処理する石英製の反応管１１、反応管
１１を覆って炉内部の温度分布を一定にするＳｉＣ製の
均熱管１２、均熱管１２の外周に設けた断熱材１３、断
熱材１３に埋め込まれて反応管１１の内部に収納した被
処理基板１４を加熱するヒータ１５から主に構成され
る。

【００２０】縦型拡散／ＣＶＤ装置においては炉内温度
の均一性が極めて重要なので、電気炉１０の加熱領域は
いくつかに分割され、各領域に対応して分割ヒータ１５
が設けられる。図示例ではヒータ１５は炉軸方向に４分
割されている。炉内部の温度分布が一定になるように、
ヒータ制御は４つに分割されたヒータ１５毎に行なわ
れ、マイクロコンピュータなどから構成される温度制御
回路２１で制御される。

【００２１】各ヒータ１５は、双方向接続した２個のサ
イリスタ２０からなる電力制御回路を構成するサイリス
タ回路１９により制御されるＡＣ２００Ｖの交流電圧
（三相または単相）からの電力により個別に加熱され
る。図では１つのサイリスタ回路のみを示し、他のサイ
リスタ回路は省略してある。ヒータ加熱により、例えば
石英ボートに載置した１００枚の被処理基板１４を入れ
た反応管１１内の検出温度が、全て８００℃になるよう
に温度制御される。

【００２２】反応管内温度を検出する炉内温度検出器１
６は例えば熱電対から構成され、反応管１１内に挿入さ
れて炉内の各領域の温度を検出する。ヒータ温度を検出
するヒータ温度検出器１７は、これも熱電対から構成さ
れ、断熱材１３の各領域のヒータ近傍に埋め込まれてヒ
ータ１５の温度を検出するようになっている。

【００２３】前記温度制御回路２１は、主に同期信号取
込回路２２と演算部２３とから構成される。炉内検出温
度とヒータ検出温度とは演算部２３に加えられ、これら
に基づいて反応管１１内に収容される被処理基板１４を
加熱するヒータ１５へのヒータ出力を決定する。温度制
御回路２１は、ヒータ１５に供給する一相または三相交
流電源１８と半周期毎に同期する同期信号を同期信号取
込回路２２に取り込み、この同期信号に同期させて、前
記ヒータ出力に応じたサイリスタ２０のゲートＧ1 、Ｇ
2 …へのゲート信号を生成する。このゲート信号により
サイリスタ回路１９を制御して、前記ヒータ１５に供給
する電力を制御する。

【００２４】前記同期信号取込回路２２への同期信号の
取り込みは、半周期毎（例えば５０Ｈｚの場合、１／１
００秒に一回）とし、半周期毎に、ゲート信号を変化さ
せる方法を取っている。変化させるときは、前記ヒータ
１５の各領域への電力配分が平均化されるように、且つ
一つの分割加熱領域において、制御周期の中で電力配分
が平均化されるような方法を取っている。ここで制御周
期とは、温度検出器１６、１７からの信号を温度制御回
路２１が読み込んで、ヒータ１５に供給する電力を制御
する一サイクルの間隔のことである。またサイリスタ２
０の制御方式は複数用意して切替えることができ、半導
体製造プロセスを構成する各ステップに応じて使い分け
るようになっている。

【００２５】前記複数の制御方式は４つ用意してある。
サイリスタ回路１９を構成するサイリスタ２０をオンす
るときの交流電力の位相角を制御してゲート信号を生成
する位相制御方式、制御周期の前半と後半でサイリスタ
２０のオンとオフを分離してゲート信号を制御周期の前
半または後半の一方に集中して生成するゼロクロス制御
方式、交流電力の一周期単位で交互にサイリスタのオン
とオフを分散してゲート信号を生成する一周期時分割分
散ゼロクロス制御方式、交流電力の半周期単位で交互に
サイリスタのオンとオフを分散してゲート信号を生成す
る半周期時分割分散ゼロクロス制御方式である。以下、
これらの制御方式を具体的に説明する。

【００２６】図３に示す位相制御方式は、５０Ｈｚ交流
電源(a) の半周期毎に同期した同期信号(b) の取り込み
から、オフセット時間（以下、単にオフセットというこ
ともある）ｔ_OSを計算し、ゲート信号(c) を発生させサ
イリスタをオン（図３(a) のハッチングした通電区間。
以下同じ。）している。ヒータに供給する電力は、この
オフセット時間ｔ_OSによって調節され、０％（フルパワ
ー）〜１００％（ゼロパワー）を示す。発生する熱量
は、供給する電力によって決定されるため、オフセット
時間ｔ_OSは０〜１００％の間で非線形である。この位相
制御方式は、オフセット分解能を上げることによって制
御性能をよくできるという利点がある反面、急激な電圧
変動による高周波ノイズを発生しやすいという欠点もあ
る。

【００２７】図４に示すゼロクロス制御方式は、サイリ
スタを制御周期Ｔの前半でオンし、後半でオフするよう
にオンとオフを分離してゲート信号を一方に集中して生
成する方式である。例えばヒータ出力５０％のときは、
制御周期の前半０〜Ｔ／２ｓｅｃの間、ゲート信号(c)
をオフセット０で発生させることにより、サイリスタを
オンし、残りＴ／２〜Ｔｓｅｃの間、ゲート信号(c) を
オフセット１００で発生させないようにしてサイリスタ
をオフ（非通電）することにより、全体（制御周期Ｔｓ
ｅｃ間）で５０％とする。このゼロクロス制御方式は、
制御周期Ｔｓｅｃ間でオン状態（ハッチング）とオフ状
態（ハッチングなし）が発生するため、低周波ノイズを
発生させ、また、制御分解能を上げられないという欠点
がある。しかし、一周期サイクル１／１００ｓｅｃ間オ
フセット０でオンさせることにより、力率は、位相制御
よりも良く、経済効率は良い。

【００２８】図５の一周期時分割分散ゼロクロス制御方
式は、図４のゼロクロス制御方式に変形を加えたもので
ある。制御周期Ｔｓｅｃの間で、例えばヒータ出力５０
％のときは、一周期（（１／１００ｓｅｃ）×２）はゲ
ート信号(c) を発生してサイリスタをオンし、次の一周
期（（１／１００ｓｅｃ）×２）はゲート信号(c) を発
生しないでサイリスタをオフするというように、交流電
源の一周期単位で交互にゲート信号(c) を発生してサイ
リスタのオンとオフを繰り返してヒータに通電制御電流
を流す。例えば、図５（Ｃ）に示す反応管１１の１領域
目が出力５０％、２領域目も出力５０％のときは、各領
域に一時的（１／１００ｓｅｃ）×２に流れる電流を調
節するために、図５（Ｂ）の２領域目のゲート信号(c)
を図５（Ａ）の１領域目のゲート信号(c) に対して一周
期分遅らせる。これにより複数領域間でのヒータ出力を
平均化し、またオンとオフを分散させることで一領域の
制御周期Ｔｓｅｃ区間内でもヒータ出力を平均化する。

【００２９】図６の半周期時分割分散ゼロクロス制御方
式は、制御周期Ｔｓｅｃの間で例えば、ヒータ出力５０
％のときは、ゲート信号(c) を半周期（１／１００ｓｅ
ｃ）だけ発生してサイリスタをオンし、次の半周期（１
／１００ｓｅｃ）はゲート信号(c) を発生しないでサイ
リスタをオフするというように、半周期単位で交互にオ
ンとオフを繰り返し、ヒータに電流を流す。また、反応
管１１の１領域目が出力５０％、２領域目も出力５０％
のときは、各領域に一時的（１／１００ｓｅｃ）に流れ
る電流を調節するために、図６（Ｂ）の２領域目のゲー
ト信号(c) を図６（Ａ）の１領域目のゲート信号(c) に
対して一周期分遅らせる。これにより複数領域間でのヒ
ータ出力を平均化し、またオンとオフを分散させること
で一領域の制御周期Ｔｓｅｃ区間内でもヒータ出力を平
均化する。

【００３０】この図６に示す半周期時分割分散ゼロクロ
ス制御方式は、図５の一周期時分割分散ゼロクロス制御
に比べ分解能は５０％アップするが、正方向に電流を流
した時と反対方向に電流を流した時とで、抵抗、リアク
タンス成分等により発熱量が変化しないように配慮する
必要がある。

【００３１】図５、図６に示した一周期時分割分散ゼロ
クロス及び半周期時分割分散ゼロクロス制御は、力率は
図４のゼロクロス制御に比べると多少劣るが、ヒータ電
力を平均化させることができ、半導体製造時に重要な、
反応管内の均熱を取れるという利点が大きい。

【００３２】図１に前述した複数のサイリスタ制御方式
を模式的に描き込んだ温度制御回路２１の具体的な構成
を示す。温度制御回路２１は、炉内温度とヒータ温度を
もとに分割ヒータ１５に供給する各電力を決定する電力
決定手段３１と、サイリスタを制御する位相制御信号生
成手段３３，ゼロクロス制御信号生成手段３４，一周期
時分割分散ゼロクロス制御信号生成手段３５，半周期時
分割分散ゼロクロス制御信号生成手段３６と、半導体製
造プロセスの各ステップ毎に複数の制御信号生成手段３
３〜３６を切替える切替手段３７と、電力決定手段３１
で決定されたヒータ供給電力を得るために必要なゲート
信号を切替手段３７によって切り替えられた制御信号生
成手段３３〜３６に生成させる制御手段３２とから主に
構成される。ここでは前記制御信号生成手段３３〜３６
は、メモリに記憶させた内容に基づいて機能を実現する
ソフトウェアで構成してある。

【００３３】前記切替手段３７の切替制御により、制御
性能がさほど必要とされず、経済性を重要視できるステ
ップではゼロクロス制御を利用し、制御性能を重要視す
るステップでは位相制御を利用し、どちらもほどほど良
くしたいときには、一周期、半周期時分割分散ゼロクロ
ス制御を使い分けて利用するという方法を取る。

【００３４】例えば、図７に示すように、初期安定ステ
ップ１、昇温ステップ２、実行ステップ３、降温ステッ
プ４、後期安定ステップ５からなる代表的な半導体ウェ
ーハプロセスにおいて説明する。実際にＣＶＤや拡散な
どを行う実行ステップ３は、温度安定状態を必要とする
ので位相制御を使う。ステップ１、ステップ５は実行ス
テップ３前後のスタンバイ状態であり、経済効率を図る
ためにゼロクロス制御を使う。ステップ２ではランピン
グ制御を用いて実行ステップ３に徐々に近づけるという
方法を取るが、実際にはガス注入を行ない、半実プロセ
ス状態となるので、経済効率、制御性能がほど良い半周
期時分割分散ゼロクロス制御を使う。ステップ４では、
若干経済効率を上げることのできる一周期時分割分散ゼ
ロクロス制御を使うという方法を取る。従って、実行ス
テップ３以外では高周波ノイズが生じない。また、ステ
ップ２及びステップ４ではヒータ電力を平均化できる。
なお図７中、ＳＶは実施形態の切替制御方式による炉内
温度特性、ＰＶは従来の位相制御方式による炉内温度特
性を示している。

【００３５】前記制御方式の切替は次のようにして行
う。図２の温度制御回路２１の演算部２３が、図８(a)
に示すように、ステップ実行中であるか否かを判断する
（ステップ１０１）。このステップ実行中であるか否か
の判断は、スタート時点からの経過時間に基づいて行わ
れる。図示しない上位コントローラから温度制御回路２
１にレシピに基づいた指示がなされる。レシピ中には図
８(b) に示すようなステップテーブルが含まれ、該テー
ブルには半導体ウェーハプロセスの各ステップ番号、制
御方式、時間などがプログラムされている。この時間を
計測することによって上記判断を行う。実行中と判断さ
れれば、図８(b) に示すステップテーブルに基づいてカ
レントステップの制御を行う（ステップ１０２）。この
ように半導体ウェーハプロセスの各ステップで制御方式
を切替えてやることにより、ヒータ制御の経済性、制御
性を両立させることができる。

【００３６】ステップ実行中でなければ、ノーマル制御
情報定義の制御を行う（ステップ１０３）。このノーマ
ル制御情報定義の制御とは、図１の制御信号生成手段３
３〜３６のうちのいずれか一つを予めメモリに登録して
定義しておき、この定義された制御信号生成手段に基づ
いてヒータ制御を行って、電気炉をスタンバイ状態にし
ておくものである。電気炉は、電源オン後の初期時また
は半導体ウェーハプロセス間のインターバル時にスタン
バイ状態が要求される。ノーマル制御情報定義の制御
は、通常、図８(c) に示すように、温度安定性にメリッ
トがある位相制御が採用されるが、登録内容はユーザに
よって変更することが可能である。ユーザが省エネを望
む場合には、力率向上にメリットがあるゼロクロス制御
が選択されるであろう。

【００３７】次に図８(a) のステップ１０２とステップ
１０３の詳細をそれぞれ示した図９(a) と図９(c) を用
いてさらに具体的に説明する。図９(a) において、制御
周期Ｔのタイムアップを判定する（ステップ２０１）。
タイムアップしないときは終了になるが、制御周期Ｔが
タイムアップする毎に、炉内温度とヒータ温度をもとに
ＰＩＤ制御などの演算によって、各領域を所望の温度に
するために必要なヒータ出力（ヒータ電力）を電力決定
手段３１で求め、図９(b) に示す電力テーブルの各領域
１、２、３、４…に書き込む（ステップ２０２）。そし
て、図８(b) のステップテーブル書込情報を元に、切替
手段３７によるカレント制御によって各制御方式を振り
分ける（ステップ２０３〜ステップ２０６）。例えば、
位相制御であれば、電力テーブルを参照し、ヒータ電力
の％値によってオフセットを決定し、オフセット時間経
過後、ゲート信号を発生させる。ゼロクロス制御であれ
ば制御周期中のオンタイムを決定し、一周期時分割分散
ゼロクロス制御及び半周期時分割分散ゼロクロス制御で
あれば当該制御周期でゲート信号を発生させるか否かを
決定する。

【００３８】図８のステップ１０３の詳細を示す図９
(c) において、同様に制御周期Ｔのタイムアップを判定
する（ステップ６０１）。タイムアップしないときは終
了になるが、制御周期Ｔがタイムアップする毎に、炉内
温度とヒータ温度をもとにＰＩＤ制御などの演算によっ
て、スタンバイ状態の各領域を所望の温度にするために
必要なヒータ出力（ヒータ電力）を電力決定手段３１で
求め、スタンバイ状態のヒータパワーを決定するため
に、図９(b) に示す電力テーブルの各領域１、２、３、
４…に書き込む（ステップ６０２）。そしてこの電力テ
ーブルに基づいて前述したノーマル制御情報処理を行う
（ステップ６０３）。

【００３９】図１０に示すメイン処理における同期信号
割り込み処理では、ステップ実行中であるか否かを判断
し（ステップ３００）、実行中であれば、図８(b) のス
テップテーブル書込情報を元に各割込み制御処理に振り
分ける（ステップ３０１〜ステップ３０４）。実行中で
なければ割込みノーマル制御情報処理を行う（ステップ
３０４）。ここで割込みノーマル制御情報処理とは、ノ
ーマル制御情報の制御に対応したステップ３０１〜３０
４のいずれかを行う処理のことをいう。

【００４０】図１１のフローチャートは、図９に示した
ステップ２０４の半周期時分割分散ゼロクロス制御処理
の詳細説明である。まず図１１(b) に示す時分割分散ゼ
ロクロステーブルをイニシャライズして全領域にゼロを
書き込み、ゲート信号を発生させないようにしてパワー
出力を０％とする（ステップ４０１）。次いで図１１
(c) に示す電力テーブルを読み込み、図１１(d) に示す
ようにイニシャライズした時分割分散ゼロクロステーブ
ルに電力テーブルに応じた電力制御ができるようにテー
ブル設定処理を行う（ステップ４０２）。

【００４１】設定処理された時分割分散ゼロクロステー
ブル（図１１(d) ）について説明する。これは図１１
(c) のヒータパワーに基づいて分散平均と時分割平均が
とれるように「１」と「０」とを書き込んだものであ
る。すなわち、領域１及び２については電力テーブルの
パワーがともに５０％であるから、一制御周期置きにサ
イリスタオンに対応する「１」（一制御周期置きにサイ
リスタオフに対応する「０」）を書き込むが、領域間を
分散平均化するために領域１と領域２の「１」の書込み
場所を一制御周期ずらしている。領域３及び領域４につ
いては電力テーブルのパワーが１００％であることから
制御周期１２０Ｔの全てに「１」を書き込む。ここで１
２０Ｔとしたのは、例えばＴ＝２秒で６０Ｈｚの場合
は、６０×２＝１２０回の割り込みが入るので、合計２
秒間には、２４０回割り込みがあることになる。よっ
て、１００％なら２４０回分全て「１」が書き込まれる
ということである。領域５及び６は領域１及び２と同じ
に設定する。このように設定すると、炉内の領域間の分
散平均化および各領域内での時分割平均化が実現でき
る。

【００４２】図１２のフローチャートは、図１０に示し
たステップ３０２の半周期時分割分散ゼロクロス制御処
理の詳細説明である。時分割分散ゼロクロステーブルに
書き込まれた内容が「１」か否かを判断し（ステップ５
０１）、「１」であればオフセットゼロでゲート信号を
発生するが（ステップ５０２）、「０」のときはゲート
信号を発生しない。他の制御処理の場合と同様である。

【００４３】例えば制御周期Ｔ＝２、電源周波数６０Ｈ
ｚ、領域１＝５０％、領域２＝５０％とすると、一周期
時分割分散ゼロクロス制御の時の具体例を示せば図１３
のようになる。領域１において「１」の数は１２０個、
「０」も加えれば２４０個である。領域２においても同
じである。領域１と領域２の内容を加えると全て合計は
「１」となり平均化されている。

【００４４】上記実施の形態によれば、位相制御、ゼロ
クロス制御の他に一周期時分割分散ゼロクロス及び半周
期時分割分散ゼロクロス制御を導入したので、ヒータ電
力を平均化させることができ、半導体製造時に重要な反
応管内の均熱を取れる。また、反応管１１の多分割され
た領域に対して、電力配分を平均化し、個々の領域にお
いても、制御周期の間で電力配分を平均化することがで
きる。これにより炉全体の電力配分が平均化され、反応
管１１内部の均熱が行なわれやすくなり、ひいては均一
なウェーハ膜を生成することができる。また、交流電源
１８の半周期毎に制御信号を変化させるようにしたの
で、制御精度の確保も行える。

【００４５】なお、実施形態では、時分割分散ゼロクロ
ス制御は一周期と半周期について説明したが、本発明は
これらの周期に限定されず、ゲート信号をオフセット０
で発生させるものであれば、一周期半、二周期などとし
ても良く周期は任意に決めることができる。

【００４６】実施形態では図７のプロセスにおいて、ゼ
ロクロス→半周期時分割分散ゼロクロス→位相制御→一
周期時分割分散ゼロクロス→ゼロクロス、という制御方
式の組合せについて説明した、本発明はこれに限定され
ない。例えば制御方式が位相制御とゼロクロス制御の２
つしか用意していないのであれば、ゼロクロス→ゼロク
ロス→位相制御→ゼロクロス→ゼロクロスとしてよく、
また、その他の組合せも可能である。また、既述したよ
うに位相制御信号生成手段、ゼロクロス制御信号生成手
段、時分割分散ゼロクロス制御信号生成手段は、ソフト
ウェアの他にハードウェアで構成してもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、複数の制御信号生成手
段を切替え自在に設け、これらの制御信号生成手段を半
導体製造プロセスを構成するステップ毎に切り替えられ
るようにしたので、各ステップに応じた最適な電力制御
が行え、経済性、制御性の両方をバランスよく配分する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態による温度制御回路の具体的な構成図
である。

【図２】実施形態による電気炉制御装置の構成図であ
る。

【図３】位相制御方式の説明図であり、(a) は５０Ｈｚ
交流電源、(b) は同期信号、(c) はゲート信号である。

【図４】ゼロクロス制御方式の説明図であり、(a) は５
０Ｈｚ交流電源、(b) は同期信号、(c) はゲート信号で
ある。

【図５】一周期時分割分散ゼロクロス制御方式の説明図
であり、（Ａ）は１領域目の各種信号、（Ｂ）は２領域
目の各種信号、（Ｃ）は炉の領域説明図を示す。

【図６】半周期時分割分散ゼロクロス制御方式の説明図
であり、（Ａ）は１領域目の信号、（Ｂ）は２領域目の
各種信号を示す。

【図７】一般的な半導体ウェーハ製造プロセスを構成す
る各ステップの温度特性図である。

【図８】実施形態による切替制御の説明図であり、(a)
は切替のフローチャート、(b)はステップテーブル図、
(c) はノーマル制御情報図である。

【図９】実施形態による具体的な切替制御のフローチャ
ートであり、(a) は図８(a) のステップ１０２の詳細フ
ローチャート、(b) は電力テーブル、(c) は図８(a) の
ステップ１０３の詳細フローチャートを示す。

【図１０】実施形態による切替制御のメイン処理に対す
る同期信号割込み処理フローを示す。

【図１１】実施形態による半周期時分割分散ゼロクロス
制御処理のメイン処理フローチャートを示す。

【図１２】実施形態による半周期時分割分散ゼロクロス
制御処理の割込み処理フローチャートを示す。

【図１３】一周期時分割分散ゼロクロス制御の具体例の
テーブルを示す。

【符号の説明】

１０電気炉１５ヒータ１８交流電源１９サイリスタ回路（電力制御回路）２１温度制御回路２２同期信号取込回路３１電力決定手段３２制御手段３３位相制御信号生成手段３４ゼロクロス制御信号生成手段３５一周期時分割ゼロクロス制御信号生成手段３６半周期時分割ゼロクロス制御信号生成手段３７切替手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上野正昭東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内Ｆターム(参考） 5F045 DP19 EK05 EK21 EK22 EK27 EK28 GB05 GB16 GB17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉を加熱するヒータと、前記ヒータに供給する電力を制御信号に応じて通電制御
する電力制御回路と、前記電力制御回路に加える制御信号を複数種類生成する
複数の制御信号生成手段と、半導体製造プロセスの各ステップ毎に前記複数の制御信
号生成手段を切替えて当該ステップに適合する制御信号
生成手段を選択する切替手段と、前記炉内外の検出温度をもとに前記ヒータに供給する電
力を決定する電力決定手段と、前記電力決定手段で決定されたヒータ供給電力を得るた
めに要求される制御信号を、前記切替手段によって選択
された前記制御信号生成手段に生成させる制御手段とを
備えた電気炉制御装置。