JP2004319953A - 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

Abstract

【課題】 炉を加熱するヒータの劣化の程度を割り出す。
【解決手段】 商用電源１に基づいて加熱されるヒータ７に流れる電流のレベルを検出する電流検出手段２１Ａと、ヒータ７に印加される電圧のレベルを検出する電圧検出手段２０Ａと、ヒータ７の温度を検出する温度検出手段２２と、ヒータ７の製造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テーブルメモリ１４と、電圧検出手段２０Ａと電流検出手段２１との各検出結果に基づいてヒータ７の検査時の抵抗を算出すると共に、温度検出手段２２の検出結果とテーブルメモリ１４に記憶してある抵抗温度係数とに基づいてヒータ７の基準時の抵抗を算出し、ヒータ７の検査時の抵抗とヒータ７の基準時の抵抗とに基づいてヒータ７の劣化の程度を割り出すＣＰＵ１７Ａとを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ヒータ検査装置及びそれを搭載した半導体製造装置に関する。

従来、半導体製造装置として、被処理体を高温下の炉内で熱処理するための熱処理装置に、常温で抵抗値が非常に小さく、高温になると抵抗値が大きくなる二ケイ化モリブデン製の抵抗加熱ヒータが使われるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

このような半導体製造装置のヒータ検査装置として以下のものがある。

図７は、第１の従来例としてのヒータ検査装置及びそれを搭載した半導体製造装置の回路図である。
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。

ヒータ７の温度を制御する場合、受電用端子台２に商用電源１を供給した状態で、保護用ブレーカ３及びサイリスタ６をオンすることで、商用電源１が保護用ブレーカ３及びサイリスタ６を経由して、ヒータ７に供給される。
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。

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に電流が流れるか否かを判別すればよい。具体的には、温度調節計３０が電力をヒータ７に供給する指令をサイリスタ６に出力しているにもかかわらず、カレントトランス４０からヒータ７に流れる電流を検知しない場合に、断線と判断するようにしている。

図８は、第２の従来例としてのヒータ検査装置及びそれを搭載した半導体製造装置の回路図である。
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。
特開平４−１５５８２８号公報

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、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。

そこで、本発明は、ヒータの劣化の程度を割り出して、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可能なヒータ検査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を課題とする。

第１の発明は、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である。

すなわち、本発明は、ヒータの劣化によりヒータ本体が細くなり、これに起因してヒータの抵抗が増加するという性質を利用して、ヒータの劣化の程度を割り出している。例えば、実際測定したヒータの抵抗がヒータ基準時の抵抗に比して所定量を超えて増加していれば、ヒータが交換を必要とするほど、劣化していると判別するようにしている。

第２の発明は、第１の発明において、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ヒータ検査装置である。

すなわち、ヒータ検査用の印加手段に、ヒータを加熱する交流電源を用いるので、構成を簡素化できる。また、交流電源でヒータを加熱するアイドル状態のときに、ヒータ検査を行うことができる。

第３の発明は、第１の発明において、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である。

すなわち、ヒータ検査用の印加手段に、ヒータを加熱する交流電源とは別な直流電源を用いるので、ヒータ劣化の程度の割り出し精度を向上できる。また、遮断手段によって経路を遮断しているときに検査を行うので、抵抗検査時に交流電源と直流電源との干渉を回避できる。また、遮断手段によって経路を遮断している時間を、ヒータ加熱運転に影響を与えない一時的な時間とすれぱ、ヒータ加熱運転中であっても、ヒータ検査を有効に行うことができる。

第４の発明は、第１の発明において、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である。

すなわち、経路の遮断、非遮断にかかわらず、直流定電流源による電流は常時流しているので、第４の発明の効果に加えて、経路切替え時、電流立上りのロスタイムを低減できる。
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、ヒータに加えられる電流／電圧が位相制御されているような場合において、電流が流れていないときに経路を遮断するようにすることにより、加熱しているヒータの温度低下を最小限にとどめることができる。

第６の発明は、第１ないし第４の発明において、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ヒータ検査装置である。

こうして、ヒータの交換を促すことで、実際に被処理体を加熱処理しているときに、ヒータの断線等が生じるという事態が発生しないようにしている。

第７の発明において、第１ないし第４の発明において、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。

第８の発明は、第１ないし第４の発明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である。
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。

以上説明したように、本発明によると、ヒータの劣化の程度を割り出せるようにしているので、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。

交流電源に基づいて加熱されるヒータの劣化度をオンラインで検査するという目的を、交流電源をそのまま利用して、又は交流電源とは別な検査用電源を割込ませて利用することによって、ヒータ加熱中であってもヒータ加熱を損なわずに実現した。

以下、本発明について図面を参照して説明する。
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は、図１に示す実施例１のヒータ及びヒータ検査装置の回路図である。ここでは、電力要素を印加する印加手段が、ヒータを加熱する交流電源で構成される。
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。

商用電源１は、図１に示すヒータ７に対して交流電圧を印加する交流電源である。
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。

電源トランス４は、商用電源１によって印加される電圧を、ヒータ７で使用可能な電圧に変換するものである。
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。

上記熱電対８に加えて、もう一つの熱電対９が設けられ、これら２つの熱電対８，９は、ヒータ７の温度に基づく電気信号をヒータ検査装置２３Ａ側へ出力するものである。一方の熱電対８は、炉内の温度を測定してヒータ７の計測温度を炉の設定温度に一致させるためのものであり、例えば縦型炉１００の半導体処理室内に設置されている。他方の熱電対９は、ヒータ７自体の温度を測定してヒータ７の劣化の程度を割り出すためのものであり、例えばヒータ７近傍に設置されている。
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。

温度調節計１３Ａは、熱電対８から出力される電気信号に対応する測定温度と予め設定しているヒータ７の設定温度とに基づいてサイリスタ６のオン／オフを制御したり、熱電対８から出力される電気信号に対応する測定温度やサイリスタ６のオン／オフの制御情報を上位装置等へ送信するものである。
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。

電圧検出手段２０Ａは、ＣＰＵ１７Ａからの命令に従って、ヒータ７に印加されている電圧のレベルを検出して、ＣＰＵ１７Ａ側へ出力するものである。
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。

温度検出手段２２は、ＣＰＵ１７Ａからの命令に従って、熱電対９から出力される電気信号に基づいて、ヒータ７の温度を検出して、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。

テーブルメモリ１４は、図３を用いて後述するように、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、たと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、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。

演算器（ＣＰＵ）１７Ａは、Ａ／Ｄ変換器１９で変換された電圧検出手段２０Ａ及び電流検出手段２１Ａのディジタル信号の検出結果に基づいてヒータ７の検査時の抵抗を算出すると共に、算出したヒータ７の検査時の抵抗とテーブルメモリ１４の記憶内容とに基づいてヒータ７の劣化の程度を割り出すものである。

また、演算器（ＣＰＵ）１７Ａは、割り出したヒータ７の劣化の程度を上位装置等へ送信するように命令する、或いは割り出したヒータ７の劣化の程度に基づいてヒータ７の交換の必要性がある場合に、例えばスピーカからアラームを出力するようにＤＯ出力手段１５へ命令する等のヒータ検査装置２３Ａの動作の制御を司るものである。

ＤＯ出力手段１５は、ＣＰＵ１７Ａの命令に従って、ヒータ７の交換の必要性があることを示すアラームを出力するように、図示しないスピーカに促すものである。
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。

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／℃（ａｔ ２０℃）（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、金属素線の半径が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。

具体的には、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、テーブルメモリ１４には、少なくとも、ヒータ７を検査する際のヒータ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２に示す半導体製造装置及びヒータ検査装置の動作を示すフローチャートである。
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。

つぎに、ＣＰＵ１７Ａ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Ｓ２）。
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）。

また、電流検出手段２１Ａによって、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。

つぎに、ＣＰＵ１７Ａは、例えば、温度検出手段２２の検出温度（Ｔ℃）とテーブルメモリ１４の記憶内容とに基づいて、検出温度（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、検出温度での抵抗温度係数をρ_T（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＝ρ_T×ｌ／Ｓ
と示すことができる。

つぎに、ＣＰＵ１７Ａは、電圧検出手段２０Ａと電流検出手段２１Ａ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、ＣＰＵ１７Ａ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、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）。

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、ＣＰＵ１７Ａは、早急に、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１３Ａ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、サイリスタ６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サイリスタ６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、実施例１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。

また、ヒータの劣化の程度を知ることができるので、常に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。

また、実施例１では、商用電源をヒータ抵抗測定用の電源として使用しているために、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。また、既存の半導体製造装置にヒータ検査装置を追加するだけ、ヒータの劣化を検査することができる装置を実現できる。

また、半導体製造装置が半導体ウェーハ処理に入る前のアイドル状態（スタンバイ状態）のときに、そのままの状態で、ヒータ７の劣化の程度を割り出せるようにしているので、ヒータ抵抗測定時に、商用電源に基づいてヒータ加熱される炉内温度が乱されるようなことはなく、また半導体製造装置の稼動に支障をきたすこともない。

図５は、図１に示す実施例２のヒータ及びヒータ検査装置の回路図である。
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。

ヒータ制御装置２３Ｂは、以下説明する取得手段１１と、直流電圧発生器１２と、温度調節計１３Ｂと、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）１７Ｂと、Ａ／Ｄ変換器１９と、電圧検出手段２０Ｂと、電流検出手段２１Ｂと、温度検出手段２２とを備える。

電圧検出手段２０Ｂ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、ヒータ７の両端に印加される直流電圧を検出するものである。
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。

取得手段１１は、例えば電源トランス４の二次側に接続されており、電源トランス４の二次側電源とヒータ７とを結ぶ経路から、ヒータ７に加えられる二次側電源の電源同期信号を取得するものである。ここで二次側電源の電源同期信号は、サイリスタ６によって通電制御される二次側電源の電流のオン／オフに同期した信号である。
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。

温度調節計１３Ｂは、熱電対８から出力される電気信号に対応する測定温度と予め設定しているヒータ７の設定温度とに基づいてサイリスタ６のオン／オフを位相制御したり、熱電対８から出力される電気信号に対応する測定温度やサイリスタ６のオン／オフの制御情報を上位装置等へ送信するものである。

演算器（ＣＰＵ）１７Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１９で変換された電圧検出手段２０Ｂ及び電流検出手段２１Ｂのディジタル信号の検出結果に基づいてヒータ７の検査時の抵抗を算出すると共に、算出したヒータ７の検査時の抵抗とテーブルメモリ１４の記憶内容とに基づいてヒータ７の劣化の程度を割り出すものである。

また、演算器（ＣＰＵ）１７Ｂは、割り出したヒータ７の劣化の程度を上位装置等へ送信するように命令する、或いは割り出したヒータ７の劣化の程度に基づいてヒータ７の交換の必要性がある場合に、例えばスピーカからアラームを出力するようにＤＯ出力手段１５へ命令するものである。

さらに、演算器（ＣＰＵ）１７Ｂは、直流電圧発生器１２に対して直流電圧を発生するように促すと共に、取得手段１１で取得された電源同期信号に基づいて、サイリスタ６が位相制御により一時的にオフされるときに、直流電圧発生器１２で発生させた直流電圧をヒータ７へ印加するように命令する等のヒータ制御装置２３Ｂの動作の制御を司るものである。

ＤＯ出力手段１５は、ＣＰＵ１７Ｂの命令に従って、ヒータ７の交換の必要性があることを示すアラームを出力するように、図示しないスピーカに促すものである。
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。

図６は、図５に示す半導体製造装置及びヒータ検査装置の動作を示すフローチャートである。
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）。

ＣＰＵ１７Ｂは、この取得した電源同期信号から、サイリスタ６によって電源トランス４の二次側電源からヒータ７へ通じる経路が遮断されている期間（サイリスタ６によってオフしている期間）を読み取り、その遮断期間中に、ヒータ抵抗検出用データを取得するための一連のステップＳ１０４〜Ｓ１０９を処理する。この遮断期間は、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、遮断期間中に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、あるいは複数の遮断期間にわたっ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。

サイリスタ６がオフすると、先ず、直流電圧発生器１２に対して、ヒータ７に印加する直流電圧を発生するように命令する（ステップＳ１０４）。
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）。

また、電流検出手段２１Ｂによって、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（ステップＳ１０８）。
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。

このようにしてサイリスタ６がオフしている遮断期間中に、ＣＰＵ１７Ｂはヒータ抵抗測定用データを取得するが、このデータ取得前はもちろん、取得中も、取得後も、電源トランス４の二次側電源の電流はサイリスタ６による通電制御下にあり、炉の温度が設定温度となるように通常に制御されている。

つぎに、ＣＰＵ１７Ｂは、例えば、温度検出手段２２の検出温度（Ｔ℃）とテーブルメモリ１４の記憶内容とに基づいて、検出温度（Ｔ℃）でのヒータ７の理論的な抵抗Ｒを算出する（ステップＳ１１１）。
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）。

つぎに、ＣＰＵ１７Ｂ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Ｓ１１４）。
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Ｓ１１８へ移行する（ステップＳ１１５）。

ステップＳ１１８では、算出した変化率が例えば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、ＣＰＵ１７Ｂは、早急に、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Ｓ１１７）。

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Ｓ１１８）。

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１３Ｂ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、サイリスタ６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サイリスタ６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Ｓ１１８）。

以上説明したように、実施例２によれば、商用電源ではなく、直流電源に基づいてヒータのデータを取得するようにしたので、交流の電力制御状態による電流波形、電圧波形のひずみの影響を受けず、実効値／直流変換時に伴う誤差もなくなり、ヒータを単純抵抗として計算できる。そのため、実施例１の効果に加えて、実際の抵抗値を高い精度で算出することができる。

また、実施例２では、直流電圧のヒータへの印加は、サイリスタのオン／オフ制御に基づく電源同期信号と同期した経路の遮断期間内に行うようにしている。すなわち、二次側電源とヒータとを結ぶ経路のサイリスタの位相制御による遮断期間内に、ヒータの実際のデータを測定するようにしたので、ヒータ抵抗測定時にヒータに直流電圧を印加しても、商用電源に基づいてヒータ加熱される炉内温度が乱されるようなことはない。また、直流電圧発生器１２によるヒータ加熱期間は、極く短い期間であるため、直流電源加熱によっても炉内温度が乱されるようなことがない。

また、実施例２では、直流電圧のヒータへの印加は、サイリスタのオン／オフ制御に基づく電源同期信号と同期した経路の遮断期間内に行うようにしたが、炉内の温度制御に影響を与えない期間内であれば、ヒータ検査のために一定期間サイリスタを強制的にオフさせて、そのオフ期間（経路遮断期間）、直流電圧をヒータに印加するようにしてももよい。

ところで、上述した実施例２では、電力要素を印加する印加手段を、ヒータに直流電圧を印加する直流電圧発生器で構成したが、本発明はこれに限定されず、直流電流発生器で構成してもよい。
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。

直流電圧発生器１２に代えて直流定電流源を、サイリスタ６を経ずに、直流定電流源とヒータとの間で閉回路が形成されるように、ヒータに接続する。演算器（ＣＰＵ）１７Ｂは、サイリスタ６が経路をオフしているかオフしていないかにかかわらず、常時、直流定電流源からヒータ７へ、商用電源１によって加熱されるヒータ温度に影響のでない範囲の直流定電流値を流すようにする。また、演算器（ＣＰＵ）１７Ｂは、取得手段１１で取得された電源同期信号に基づいて温度調節計１３Ｂを経由してサイリスタ６を一時的にオフしたときに、直流定電流源から流している直流定電流に基づいて、実施例２と同様なフローにしたがって、ヒータ７の理論的な抵抗Ｒとヒータ７の実際の抵抗Ｒ’との変化率を算出し、ヒータ検査を行う。

実施例３では、ヒータに直流定電流を常時流しているので、経路の切替え時のロスタイムがなくなり、速やかにヒータ検査を行うことができる。

なお、本発明は、ヒータ加熱する構成要素を有する半導体製造装置であれば、縦型炉に限定されず、いずれの装置、例えば一度に処理する被処理体の数が１〜３程度と少ない枚葉炉等にも適用可能である。また装置の種類によらず、ヒータを備えたものであればいずれも適用可能である。

また、上述した実施例では、ヒータの検査温度が所定の温度（８００℃）に達したか否かを判別するようにしたが、任意の温度でヒータを検査するようにしてもよい。その場合、理論的な抵抗Ｒを求めるにあたって、検査温度に最も近い抵抗温度係数をテーブルメモリから選択して使用するとよい。

本発明の実施形態の半導体製造装置の構成要素とな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。 実施例１によるヒータ及びヒータ検査装置の回路図である。 図２に示すテーブルメモリの記憶内容を示す図である。 実施例１によるヒータ検査装置の動作を示すフローチャートである。 実施例２によるヒータ及びヒータ検査装置の回路図である。 実施例２によるヒータ検査装置の動作を示すフローチャートである。 従来例１としてのヒータ検査装置及びそれを搭載した半導体製造装置の回路図である。 従来例２としてのヒータ検査装置及びそれを搭載した半導体製造装置の回路図である。

符号の説明

１ 商用電源（交流電源ないし印加手段）
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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