JP4677681B2 - 熱電対の信号処理装置及び熱電対の信号処理方法並びに熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電対の信号処理装置及び熱電対の信号処理方法並びに熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電対は種々の分野で温度検出手段として用いられており、例えば半導体製造プロセスにおける熱処理装置においても温度制御系の中に組み込まれている。熱処理装置に熱電対を用いる場合、熱電対が断線すると温度が検出できなくなって所定の処理が行えなくなり、また、過熱状態を引き起こすおそれがあるため、通常は熱電対が二重化されている。
【０００３】
図１１は、この種の熱電対の信号処理装置の従来例を示す図であり、熱電対１Ａ及び１Ｂにより二重化されている。一方の熱電対１Ａの両端は夫々一方の接続端子１１ａ及び他方の接続端子１１ｂに接続され、他方の接続端子１１ｂは抵抗ｒ４を介して接地されている。接続端子１１ａ，１１ｂは、夫々抵抗ｒ１，ｒ２を介して演算増幅器１２Ａの両入力端に接続されると共に、入力端間に抵抗ｒ１，ｒ２と共に低周波フィルタをなすコンデンサ１３が接続されている。また他方の熱電対１Ｂについても同様の回路が組み合わされており、演算増幅器については１２Ｂを付してあるが、その他対応する箇所は同じ符号を付してある。
【０００４】
演算増幅器１２Ａ及び１２Ｂの出力端は、マルチプレクサ１４及びＡ／Ｄコンバ−タ１５を介して制御部１６に接続されている。制御部１６は、二重化された熱電対１Ａ及び１Ｂのうちの予め決められた方の熱電対、例えば熱電対１Ａの信号をマルチプレクサ１４により選択して取り込み、その検出値を図示しない温度コントロ−ラに与えて温度制御するようにしている。
【０００５】
更に熱電対１Ａ（１Ｂ）の断線を検出するために前記一方の接続端子１１ａ側に電圧源ＶＣから抵抗ｒ３を介してプルアップ電圧が供給されている。熱電対１Ａ（１Ｂ）は抵抗が例えば１０Ω程度であり、電圧源ＶＣのインピ−ダンスに比べて小さいので、演算増幅器１２Ａ（１２Ｂ）には実質熱電対１Ａ（１Ｂ）の起電力により生じる電圧が入力されることになる。しかし例えば熱電対１Ａが断線すると、電圧源ＶＣのプルアップ電圧によりコンデンサ１３が充電されて演算増幅器１２Ａの両入力端間の電圧が上昇し、これにともなって演算増幅器１２Ａの出力電圧が上昇し、予め設定したスレッシュホ−ルドを越えると、制御部１６側で断線と判断して例えばアラ−ムを出力すると共に、マルチプレクサ１４により使用する熱電対を１Ａから１Ｂに切り替えるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
熱電対は劣化すると起電力により生じる電圧が低下する傾向にあるため、予め選択されている一方の熱電対１Ａ（１Ｂ）が劣化してもその劣化した熱電対１Ａ（１Ｂ）の起電力電圧を読み込んで温度制御するため、検出される温度の精度が低下することとなり高精度な温度制御ができなくなってしまう。この結果例えば半導体ウエハを熱処理するバッチ炉であれば、所定の膜厚が得られなかったり、ウエハ上の面内均一性やウエハ間である面間均一性が悪化することになる。また当該選択している熱電対１Ａ（１Ｂ）が断線しかかった場合その起電力電圧が大きく落ち込んでいくため、断線するまでの間に制御部１６側では温度が低くなったものと認識してヒータパワーを上げ過昇温になるおそれがある。更にまた当該熱電対１Ａ（１Ｂ）が断線すると、プルアップ電圧により演算増幅器１２Ａ（１２Ｂ）の出力電圧が上昇するので、その出力電圧がスレッシュホ−ルドを越えて熱電対が切り替わるまでは、正確な温度制御ができなくなってしまい、例えば極薄酸化膜の形成を行っている場合などにおいては、温度制御の不正確さが膜厚に大きく反映されてしまい、歩留まりに影響を与えてしまう懸念がある。
【０００７】
更にまた前記出力電圧がスレッシュホ−ルドを越えると図示しないスイッチにより電圧源ＶＣは熱電対１Ａ（１Ｂ）側から切り離されるが、それまで印加されていたプルアップ電圧によりコンデンサ１３が充電されてしまうので、コンデンサ１３の誘電吸収作用によりコンデンサ１３の両端に電圧が発生してしまう。このため断線側の熱電対１Ａ（１Ｂ）を交換した後にコンデンサ１３が放電するまでに長い時間がかかり、正しい温度を検出できるまでにその分の時間を見込まなければならない。
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、二重化された熱電対を用い、その起電力電圧に対応する信号を処理する信号処理装置において、正確な温度測定を行うことができる技術を提供することにある。更に他の目的は、熱電対を用いて温度制御を行う熱処理装置において被処理体に対して良好な処理を行うことのできる技術を提供することにある。
【０００９】
本発明は、第１の熱電対及び第２の熱電対により二重化された熱電対の起電力電圧に対応する信号を処理する装置であって、前記第１の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第１の回路と、第２の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第２の回路と、前記第１の回路及び第２の回路のコンデンサの両端電圧を増幅するための増幅部と、を備えた熱電対の信号処理装置において、
前記第１の熱電対及び第２の熱電対に対応して夫々設けられ、前記一方の接続端子側に、使用温度帯域における熱電対の起電力電圧よりも高い断線検出用の電圧または接地電圧を選択的に供給するための電圧供給部と、
前記第１の熱電対及び第２の熱電対に係る各電圧供給部から前記一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧としておいて、前記第１の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の第１の出力信号と前記第２の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の第２の出力信号とを比較して高い方の出力信号を温度検出値として選択する手段と、
前記第１の出力信号と第２の出力信号との比較結果に基づいて第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれかが断線しているか否かを判断し、一方の熱電対が断線していると判断したときには、他方の熱電対に係る電圧供給部から前記一方の接続端子側に供給される供給電圧を前記断線検出用の電圧とするように制御する手段と、
一方の熱電対が断線した後、他方の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の出力信号を監視し，その出力信号が予め設定した設定値を越えたときに当該熱電対が断線したと判断する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明における各手段は、所定のプログラム，そのプログラムを格納する記憶部及びそのプログラムを実行するＣＰＵなどを含む構成とすることができる。この発明において、 第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれかが断線しているか否かの判断は、例えば第１の出力信号と第２の出力信号との差または比に基づいて行われる。一方の熱電対が断線していると判断された場合、当該断線している方の熱電対に係る電圧供給部から前記一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧のままとすることが好ましい。また電圧供給部は、前記断線検出用の電圧の電圧源と、アースと、前記一方の接続端子側を前記電圧源とアースとの間で切り替え接続するスイッチと、を含む構成としてもよいし，あるいはディジタル／アナログコンバ−タにより構成してもよい。
【００１１】
熱電対は、劣化すると温度に相当する本来の起電力電圧よりも低くなるので、高い方の電圧を選択することにより劣化の影響を受けづらくなるという効果がある。また一方の熱電対が断線していると判断されたときに当該一方の熱電対についてはプルダウンのままとし、断線していない熱電対についてはプルアップに切り替えることにより、残っている熱電対がもし断線した場合でもあたかも温度が高くなったように見えるので、温度制御において温度が高くなりすぎることを防止できる。この場合一方の熱電対が断線した後、他方の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の出力信号を監視し，その出力信号が予め設定した設定値を越えたときに当該熱電対が断線したと判断する手段を備えることにより他方の断線も検出できる。
【００１２】
更にまた第１の熱電対及び第２の熱電対に係る一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧とする前に、前記供給電圧を前記断線検出用の電圧とし、前記第１の出力信号及び第２の出力信号に基づいて第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれもが初めから断線していないことを確認することが好ましい。
【００１４】
また他の方法は、第１の熱電対及び第２の熱電対により二重化された熱電対の起電力電圧に対応する信号を処理する方法であり、前記第１の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第１の回路と、第２の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第２の回路と、前記第１の回路及び第２の回路のコンデンサの両端電圧を増幅するための増幅部と、を備えた熱電対の信号処理装置を用いた信号処理方法において、
前記第１の熱電対及び第２の熱電対に係る各一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧としておいて、前記第１の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部からの第１の出力信号と前記第２の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部からの第２の出力信号とを比較して高い方の出力信号を温度検出値として選択する工程と、
前記第１の出力信号と第２の出力信号との比較結果に基づいて第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれかが断線しているか否かを判断する工程と、
一方の熱電対が断線していると判断したときには、他方の熱電対に係る一方の接続端子側に供給される供給電圧を、使用温度帯域における熱電対の起電力電圧よりも高い断線検出用の電圧とするように制御する工程と、
一方の熱電対が断線した後、他方の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の出力信号が予め設定した設定値を越えたか否かを監視し、その出力信号が前記設定値を越えたときに当該熱電対が断線したと判断する工程と、を含むことを特徴とする。
更にまた本発明の熱処理装置は、処理容器の中に被処理体を載置し、加熱手段により被処理体を加熱して所定の処理を行うと共に、熱電対により温度を検出してその検出結果に基づいて加熱手段への供給電力を制御する熱処理装置において、上述の信号処理装置を備えたことを特徴とするものである
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の熱電対の信号処理装置を熱処理装置例えば縦型熱処理装置に適用した実施の形態について説明する。先ず縦型熱処理装置に関して図１を参照しながら簡単に述べ、次ぎに図２を参照しながら信号処理装置について説明することにする。図１中の２は、例えば石英で作られた内管２ａ及び外管２ｂよりなる二重管構造の反応管であり、反応管２の下部側には金属製の筒状のマニホールド２１が設けられている。内管２ａは上端が開口されており、マニホールド２１の内方側にて支持されている。外管２ｂは上端が塞がれており、下端がマニホールド２１の上端に気密に接合されている。この例では、内管２ａ、外管２ｂ及びマニホールド２１により処理容器が構成されている。
【００１６】
反応管２内には、プロセスを行うときには多数枚例えば１２６枚の被処理体をなすウエハＷが各々水平な状態で上下に間隔をおいて保持具であるウエハボート２２に棚状に載置される。このウエハボート２２は蓋体２３の上に保温ユニットである保温筒２４を介して保持されている。前記蓋体２３は、ウエハボート２２を反応管２内に搬入、搬出するためのボートエレベータ２５の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマニホールド２１の下端開口部、即ち反応管２とマニホールド２１とで構成される処理容器の下端開口部を閉塞する役割を持つものである。
【００１７】
また反応管２の周囲には、これを取り囲むように例えば抵抗加熱体よりなるヒータ２６が設けられている。この例では反応管２内の熱処理雰囲気が複数例えば４分割されると共に、ヒ−タ２６は各分割領域に対応して４段（２６−１〜２６４）に分割され、温度のゾ−ン制御（分割領域の温度制御）が行われるようになっている。図１には示していないが、ヒータ２６の周囲には断熱層が設けられ、加熱炉として構成される。マニホールド２１の周囲にはガス供給管２７が設けられまた内管２ａと外管２ｂとの間の空間から排気できるように排気管２８が接続されている。
【００１８】
また各ヒ−タ２６（２６−１〜２６−４）に対応して温度コントロ−ラ２０が設けられると共に、反応管２と各ヒ−タ２６（２６−１〜２６−４）との間に熱電対３が設けられ、温度コントロ−ラ２０は、夫々熱電対３の温度検出値に基づいて、図示しない電力供給部を介してヒ−タ２６（２６−１〜２６−４）の発熱量を調整し、これにより反応管２内の各分割領域の温度を制御するようにしている。
【００１９】
この縦型熱処理装置におけるプロセスにおいては、ウエハボ−ト２２に被処理体であるウエハＷを搭載して処理容器内に搬入した後、反応管２内が所定温度に加熱されると共に、排気管２８により所定の圧力まで減圧され、そして処理ガスがガス供給管２７を通じて処理容器の下部側から供給され、例えば薄膜の成分に分解されてウエハＷ上に堆積し、残りのガスは内管１１ａの天井部から内管２ａと外管２ｂとの間の空間を下降し、排気管２８を介して排気される。
【００２０】
縦型熱処理装置においては、熱電対３の他に内管２ａの中に熱電対を設けて反応管２の内外の熱電対に基づいて温度制御を行う場合もあるが、ここでは前記反応管２と各ヒータ２６（２６−１〜２６−４）との間に設けられた熱電対３の信号を処理する信号処理装置について図２を参照しながら述べる。図２に示す信号処理装置は前記温度コントロ−ラ２０の中に組み込まれており、図１では、各ヒ−タ２６（２６−１〜２６−４）毎に１個の熱電対３を示してあるが、実際にはこの熱電対３は同一の分割領域(ゾーン)においておのおの二重化されている。そこで二重化された熱電対３の一方及び他方を夫々第１の熱電対３（３Ａ）及び第２の熱電対３（３Ｂ）と呼ぶことにして以下に説明を進める。
【００２１】
図２中第１の熱電対３Ａの両端は一方の接続端子３１及び他方の接続端子３２を介して夫々信号線３３、３４に接続され、この信号線３３、３４は演算増幅器４Ａの入力端に接続されている。信号線３３、３４には夫々抵抗Ｒ１、Ｒ２が介挿されると共に、これら抵抗Ｒ１、Ｒ２の各後段側の間にはコンデンサＣ１が接続されていて抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコンデンサＣ１により低周波フィルタが構成されている。信号線３３における抵抗Ｒ１の前段側は抵抗Ｒ３を介してスイッチ５Ａに接続されており、このスイッチ５Ａは抵抗Ｒ３の一端側を電源電圧が例えば＋２Ｖの電圧源ＶＣ側の接点５１とア−ス側の接点５２との一方に切り替え接続する機能を備えている。
【００２２】
電圧源ＶＣは、第１の熱電対３Ａにかかる一方の接続端子３１つまりコンデンサＣ１に断線検出用のプルアップ電圧を供給するためのものであり、従って電圧源ＶＣの電源電圧の大きさとしては想定している使用帯域の温度を越えた熱電対の起電力電圧または熱電対の出しうる起電力の最高電圧よりも高い電圧とすることが必要である。この例では、スイッチ５Ａ、電圧源ＶＣ及びア−スは、特許請求の範囲に記載した電圧供給部に相当する。なお信号線３４における抵抗Ｒ２の前段側は抵抗Ｒ４を介して接地されている。
【００２３】
演算増幅器４Ａの出力端はマルチプレクサ６及びアナログ／ディジタル （Ａ／Ｄ）コンバ−タ６１を介して制御部７に接続されている。
【００２４】
また第２の熱電対３Ｂに関しても第１の熱電対３Ａと全く同様の回路構成とされており、同様の部分には同じ符号を付してあるが、説明の都合上，コンデンサ、演算増幅器及びスイッチについては，夫々Ｃ１、４Ｂ及び５Ｂの符号を割り当てている。更に第１の熱電対３Ａにおける接続端子３１，３２及びコンデンサＣ１並びに抵抗Ｒ１〜Ｒ４は特許請求の範囲に記載した第１の回路３０Ａに相当し、第２の熱電対３Ｂにおける接続端子３１，３２及びコンデンサＣ２並びに抵抗Ｒ１〜Ｒ４は特許請求の範囲に記載した第２の回路３０Ｂに相当する。更にまた演算増幅器４Ａ，４Ｂは、この例では特許請求の範囲に記載した増幅部を構成するものである。
【００２５】
制御部７は、ＣＰＵ７１、プログラムなどを格納したＲＯＭ７２及び温度検出値などを記憶するＲＡＭ７３などがバス７０により接続されて構成されており、熱電対３Ａ、３Ｂの温度検出値を取り込んで所定の処理（この処理に関しては後で詳述する）を行うと共に、その処理結果に基づいて前記スイッチ５Ａ、５Ｂに対して接点の切り替え信号を出力するなどの機能を備えている。
【００２６】
次に上述の実施の形態の作用について述べる。図３は上述の信号処理装置の動作を示すフローチャートを示し、最初の段階では制御部７からの切り替え信号により、ステップＳ１に示すようにスイッチ５Ａ，５Ｂをいずれもプルダウン側つまり接点５２側に切り替えておく。一方熱電対３Ａ，３Ｂの起電力電圧（起電力により生じた電圧）は夫々演算増幅器４Ａ，４Ｂにより増幅され、制御部７からの制御信号によりマルチプレクサ６が演算増幅器４Ａ，４Ｂの出力端を交互に選択して演算増幅器４Ａからの第１の出力信号と演算増幅器４Ｂからの第２の出力信号とが交互にＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータ６１を介して制御部７に取り込まれる。こうして各電圧つまり熱電対３Ａの起電力電圧に対応する電圧値ＥＡと熱電対３Ｂの起電力電圧に対応する電圧値ＥＢとが夫々制御部７に読み込まれて例えばＲＡＭ７３に記憶される（ステップＳ２）。
【００２７】
次いでステップＳ３にて電圧値ＥＡ及び電圧値ＥＢのいずれが高いかを判断し、電圧値ＥＡが大きければ当該電圧値ＥＡが温度検出信号として選択され（ステップＳ４）、電圧値ＥＢが大きければ当該電圧値ＥＢが温度検出値として選択される（ステップＳ５）。温度コントローラ２０は、選択された温度検出信号に基づいて既述のようにして温度制御を行う。更にステップＳ６にて電圧値ＥＡと電圧値ＥＢとの差が設定値以上であるか否かを判断し，設定値よりも低ければ、ステップＳ２に戻って電圧値ＥＡ及び電圧値ＥＢの読み込みが再度行われる。
【００２８】
図４は、熱電対３Ａ及び３Ｂの起電力電圧の時間的変化を模式的に示す説明図であり、実線及び点線は夫々熱電対３Ａ及び３Ｂの起電力電圧（電圧値ＥＡ及び電圧値ＥＢ）を示す。時刻ｔ１に至るまではいずれも劣化しておらずその起電力電圧は時間経過においてほぼ同じ値であり、このとき制御部７は両者の差が微小ながらも高い方の電圧値を選択するが、いずれの値を選択しても実質同じであり、正確な温度検出値が得られる。ここで時刻ｔ１にて第１の熱電対３Ａが劣化してその起電力電圧が低くなったとすると、電圧値ＥＡよりも電圧値ＥＢの方が高いので、時刻ｔ１以降は第２の熱電対３Ｂの起電力電圧である電圧値ＥＢが選択され，その値に基づいて温度制御されることになる。
【００２９】
次にステップＳ６で電圧値ＥＡと電圧値ＥＢとの差が予め定めた設定値以上になる場合について述べると、この場合にはステップＳ７にて電圧値ＥＡと電圧値ＥＢとのいずれが高いかを判断し、電圧値ＥＡが高いと判断したときには制御部７は熱電対３Ｂが断線したと認識し（ステップＳ８）、電圧値ＥＢが高いと判断したときには制御部７は熱電対３Ａが断線したと認識する（ステップＳ９）。
【００３０】
図５は，熱電対３Ｂが断線するまで及びその後の各電圧値ＥＡ及び電圧値ＥＢの時間的変化を模式的に示す説明図であり、時刻ｔ１に至るまではいずれも劣化しておらずその電圧は時間経過においてほぼ同じ値であり、このときは既述のようにいずれの値を選択しても実質同じであり、正確な温度検出値が得られる。ここで時刻ｔ１において熱電対３Ｂが劣化により断線しかかったとすると、電圧値ＥＢが次第に低下し前記ステップＳ４により電圧値ＥＡが選択される。そして既述のようにステップＳ６にて電圧値ＥＡと電圧値ＥＢとの差が監視され、時刻ｔ２にてその差が設定差異値ΔＥ以上になるとステップＳ７に進んでいずれが高いかが判断される。図５の例では電圧値ＥＡの方が高いので、制御部７はステップＳ８にて熱電対３Ｂが断線したものと判断する。なお断線の判断は例えば電圧値ＥＡ及び電圧値ＥＢのうち高い方に対する小さい方の割合（この例ではＥＢ／ＥＡ）を調べるようにしてもよく、この処理に相当するステップが前記ステップＳ６に入ることになる。
【００３１】
続いて断線していない方の熱電対３Ａ（３Ｂ）に係るスイッチ５Ａ（５Ｂ）の接点をプルアップ側（５１側）に切り替わるように制御部７から切り替え信号が出力される。図５の例では，熱電対３Ｂが断線しているので熱電対３Ａに係るスイッチ５Ａがプルアップ側に切り替わり（ステップＳ１０）、抵抗Ｒ１の前段側には例えば電圧＋２Ｖが印加される。この場合熱電対３Ａは電圧源ＶＣのインピーダンスに比べて十分に小さいので演算増幅器４Ａには実質熱電対３Ａの起電力電圧が入力されることになる。このように抵抗Ｒ１の前段側をプルアップする理由は、もしプルアップしないで熱電対３Ａも断線したとすると電圧値ＥＡが低下し、制御部７から見ると温度が下がっている状態となってヒータ２６のパワーを上げるように制御するので過熱状態を引き起こすおそれがあるからである。
【００３２】
一方、断線している方の熱電対３Ｂ（３Ａ）に係るスイッチ５Ｂ（５Ａ）の接点は５１，５２のどちら側であってもその出力信号が選択されないので温度制御には影響がないが、熱電対を交換したときにコンデンサＣ２（Ｃ１）の誘電吸収が抑えられた状態となっているようにするためにアース側（接点５２側）に切り替えておくことが好ましい。
【００３３】
こうして時刻ｔ２以降は正常な熱電対Ａの起電力電圧（電圧値ＥＡ）を読み込み、これを温度検出値として温度制御を行う（ステップＳ１１）。なお電圧値ＥＡの選択は、例えば制御部７にて電圧値ＥＡ、電圧値ＥＢの両方を読み込むが，電圧値ＥＡのみを有効とすることにより行われる。そしてこの電圧値ＥＡが予め定めた設定値Ｅ１よりも高いか否かを判断し（ステップＳ１２）、設定値Ｅ１よりも小さければステップＳ１１に戻る。
【００３４】
ここで図５において時刻ｔ３にて熱電対３Ａが断線したとすると電圧値ＥＡが次第に大きくなり（詳しくは断線直前に電圧値ＥＡが一旦下がる）、時刻ｔ４にて予め定めた設定値よりも大きくなると、ステップ１３にて熱電対３Ａが断線したことを知らせるためのアラームが発せられ、例えば装置の運転が停止される。アラームとしては、例えば警報音やランプの点灯あるいは画面への表示などが挙げられる。なお二重化された両方の熱電対３Ａ，３Ｂが断線する前に一方の熱電対３Ａ（３Ｂ）が断線したと判断されたときにもアラームを出すようにしてもよい。また先に熱電対３Ａが断線したときには、熱電対３Ｂに係るスイッチ５Ｂがプルアップ側に切り替わり（ステップＳ１４）、以降ステップＳ１５〜１７に示すようにして同様の処理が行われる。
【００３５】
上述の実施の形態によれば、次のような効果がある。
（１）熱電対は、既述のように劣化すると温度に相当する本来の起電力電圧よりも低くなるが、二重化された熱電対の高い方の起電力電圧を選択することにより劣化の影響を受けづらくなる。このため高精度な温度制御を行うことができ、ウエハを熱処理するにあたって面内均一性の高い処理を行うことができる。
（２）両熱電対の起電力電圧の差（あるいは比）を求めてその値が設定差異値を越えたときに低い方の起電力電圧に対応する熱電対が断線であると判断しているので、断線を確実に検出できる。
（３）両熱電対をプルダウンの状態としておいて断線の検出が行われるので、断線した側のコンデンサＣ１（あるいはＣ２）の誘電吸収が抑えられる。このため熱電対を交換したときに新たな熱電対に係る出力信号は速やかに正確な値を示すようになる。
（４）一方の熱電対が断線であると判断した後は，他方の熱電対をプルアップしている（一方の接続端子３１に断線検出用の電圧を供給している）ため、もし残っている他方の熱電対が断線したとしても断線検出用の電圧がコンデンサに印加され、従って演算増幅器の入力電圧が高くなっていって出力信号が大きくなるため、制御部７側では，あたかも温度が高くなったように見えるので過昇温を防止できる。
【００３６】
ここで電源投入時に熱電対３Ａ、３Ｂの両方が断線している確率は極めて低いが、このような場合をも考慮するのであれば、上述の信号処理装置で用いられるプログラムとしては図３のフローに図６のフローを追加すればよい。図６のフローでは、先ずステップＳ２１にてスイッチ５Ａ，５Ｂをいずれもプルアップ側つまり接点５１側に切り替えておく。そしてステップＳ２２にて電圧値ＥＡ及び電圧値ＥＢを読み込み、ステップＳ２３にて電圧値ＥＡが設定値１よりも大きいか否かを判断し、大きくても小さくても更に電圧値ＥＢが設定値１よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２４，２５）。この設定値１は、既述の図５に示す設定値Ｅ｀と同じ値であり、熱電対３Ａ（３Ｂ）が断線していれば、図３のステップＳ１０，１４以降で説明したようにプルアップ電圧がコンデンサＣ１（Ｃ２）を充電するので、電圧値ＥＡ（ＥＢ）が設定値１を越えることになる。こうして両方の熱電対３Ａ，３Ｂが断線していると判断されれば（ステップＳ２６）、その後例えばアラームを発生して（図示省略）そこでフローが終了し、熱電対３Ａのみが断線していれば電圧値ＥＢが選択されてその後図３のステップＳ１５へ移行し（ステップＳ２７，２８）、熱電対３Ｂのみが断線していれば電圧値ＥＡが選択されてその後図３のステップＳ１１へ移行する。
【００３７】
一方いずれの電圧値ＥＡ，ＥＢも設定値１よりも小さい場合には、電圧値ＥＡ，ＥＢのどちらが大きいかを比較して大きい方の値を選択する（ステップＳ３１，３２，３３）。その後は図３のスタートに移行してもよいが、この時点で直ぐにスイッチ５Ａ，５Ｂをプルダウン側に切り替えると、例えば熱電対３Ａ、３Ｂが常温付近であるときに両者共に断線したとすると、この断線を検出できない。その理由を図７を参照しながら述べると、図７は熱電対３Ａ，３Ｂが時刻ｔ５まで常温付近であり、その後温度が上昇したときの電圧値ＥＡ，ＥＢの変化を示すものであって、熱電対３Ｂが時刻ｔ５付近で断線した場合である。この場合には、電圧値ＥＡが上昇するので、図３のステップＳ６以降で熱電対３Ｂの断線を検出できるが、いずれの熱電対３Ａ，３Ｂも温度が上がりきらないうちに共に断線していると、電圧値ＥＡ，ＥＢの差が開かない。そこで熱電対３Ａ（３Ｂ）が断線しているときの電圧値ＥＡ（ＥＢ）に対してマージンを少し持たせた設定値２を決めて、ステップＳ３４にて熱電対３Ａ、３Ｂが共に設定値２よりも大きいことを確認してから図３のスタートに移行するようにしている。なお設定値２はプロセス温度における電圧値ＥＡ（ＥＢ）よりも大きいと、図３のスタートに移行しなくなってしまうので、プロセス温度よりも小さい値例えば１００℃程度における電圧値ＥＡ（ＥＢ）の大きさとされる。
【００３８】
以上において、上述の実施の形態では第１の熱電対３Ａおよび第２の熱電対３Ｂの各起電力電圧を夫々演算増幅器４Ａ及び４Ｂにより増幅した後、その出力信号をマルチプレクサ６により順次制御部７に取り込んでいるが、図８に示すように演算増幅器としては共通の演算増幅器４を用いかつ当該演算増幅器４の前段にマルチプレクサ６０を設け、第１の熱電対３Ａおよび第２の熱電対３Ｂの各起電力電圧をマルチプレクサ６０により順次演算増幅器４に入力させるようにしてもよい。この場合演算増幅器４は，増幅部に相当する。
【００３９】
また上述の実施の形態では、前記一方の接続端子３１側を、使用温度帯域における熱電対の起電力電圧よりも高い断線検出用の電圧または接地電圧を供給するための電圧供給部としてスイッチ５Ａ（５Ｂ）を用いているが、図９に示すようにＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）コンバータ８を用い、その出力を制御部７からの制御信号により断線検出用の電圧または接地電圧（０Ｖ）の一方に切り替えるようにしてもよい。
【００４０】
更にまた本発明では、スイッチ５Ａ（５Ｂ）やＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）コンバータ８を用いずに、図１０に示すように一方の接続端子３１を常時接地しておくようにしてもよく、この場合熱電対３Ａ（３Ｂ）のうちの一方が断線した後も他方の熱電対３Ｂ（３Ａ）はプルダウンしたままであるが、それ以外は上述の実施の形態と同様である。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、二重化された熱電対を用い、その電圧に対応する信号を処理する信号処理装置において、正確な温度測定を行うことができる。また、熱電対を用いて温度制御を行う熱処理装置において被処理体に対して良好な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電対の信号処理装置が適用される縦型熱処理装置を示す縦断側面図である。
【図２】本発明の熱電対の信号処理装置の実施の形態を示す回路図である。
【図３】上述の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】 第１の熱電対及び第２の熱電対の電圧の変化の一例を示す説明図である。
【図５】 第１の熱電対及び第２の熱電対の電圧の変化の他の例を示す説明図である。
【図６】図３に示すフローチャートの変形例を示すフローチャートである。
【図７】第１の熱電対及び第２の熱電対の電圧の変化の更に他の例を示す説明図である。
【図８】図２の実施の形態の変形例を示す回路図である。
【図９】本発明の熱電対の信号処理装置の他の実施の形態を示す回路図である。
【図１０】本発明の熱電対の信号処理装置の更に他の実施の形態を示す回路図である。
【図１１】従来の熱電対の信号処理装置を示す回路図である。
【符号の説明】
２ 反応管
２０ 温度コントローラ
２２ ウエハボート
Ｗ 半導体ウエハ
２６ ヒータ
３ 熱電対
３Ａ 第１の熱電対
３Ｂ 第２の熱電対
３０Ａ 第１の回路
３０Ｂ 第２の回路
３１ 一方の接続端子
３２ 他方の接続端子
４，４Ａ，４Ｂ 演算増幅器
５Ａ、５Ｂ スイッチ
６，６０ マルチプレクサ
６１ Ａ／Ｄコンバータ
７ 制御部
８ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (10)

1. 第１の熱電対及び第２の熱電対により二重化された熱電対の起電力電圧に対応する信号を処理する装置であって、前記第１の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第１の回路と、第２の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第２の回路と、前記第１の回路及び第２の回路のコンデンサの両端電圧を増幅するための増幅部と、を備えた熱電対の信号処理装置において、
   前記第１の熱電対及び第２の熱電対に対応して夫々設けられ、前記一方の接続端子側に、使用温度帯域における熱電対の起電力電圧よりも高い断線検出用の電圧または接地電圧を選択的に供給するための電圧供給部と、
   前記第１の熱電対及び第２の熱電対に係る各電圧供給部から前記一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧としておいて、前記第１の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の第１の出力信号と前記第２の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の第２の出力信号とを比較して高い方の出力信号を温度検出値として選択する手段と、
   前記第１の出力信号と第２の出力信号との比較結果に基づいて第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれかが断線しているか否かを判断し、一方の熱電対が断線していると判断したときには、他方の熱電対に係る電圧供給部から前記一方の接続端子側に供給される供給電圧を前記断線検出用の電圧とするように制御する手段と、
   一方の熱電対が断線した後、他方の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の出力信号を監視し，その出力信号が予め設定した設定値を越えたときに当該熱電対が断線したと判断する手段と、を備えたことを特徴とする熱電対の信号処理装置。
2. 一方の熱電対が断線していると判断したときには、当該断線している方の熱電対に係る電圧供給部から前記一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧のままとするように制御することを特徴とする請求項１記載の熱電対の信号処理装置。
3. 第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれかが断線しているか否かの判断は、第１の出力信号と第２の出力信号との差または比に基づいて行われることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電対の信号処理装置。
4. 電圧供給部は、前記断線検出用の電圧の電圧源と、アースと、前記一方の接続端子側を前記電圧源とアースとの間で切り替え接続するスイッチと、を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱電対の信号処理装置。
5. 電圧供給部は、ディジタル／アナログコンバ−タであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱電対の信号処理装置。
6. 第１の熱電対及び第２の熱電対に係る一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧とする前に、前記供給電圧を前記断線検出用の電圧として前記第１の出力信号及び第２の出力信号に基づいて第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれもが断線していないことを確認した後、前記供給電圧を接地電圧とするように制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の熱電対の信号処理装置。
7. 第１の熱電対及び第２の熱電対により二重化された熱電対の起電力電圧に対応する信号を処理する方法であり、前記第１の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第１の回路と、第２の熱電対の両端が夫々接続される一方の接続端子及び他方の接続端子とこれら接続端子間に接続されたコンデンサとを含む第２の回路と、前記第１の回路及び第２の回路のコンデンサの両端電圧を増幅するための増幅部と、を備えた熱電対の信号処理装置を用いた信号処理方法において、
   前記第１の熱電対及び第２の熱電対に係る各一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧としておいて、前記第１の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部からの第１の出力信号と前記第２の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部からの第２の出力信号とを比較して高い方の出力信号を温度検出値として選択する工程と、
   前記第１の出力信号と第２の出力信号との比較結果に基づいて第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれかが断線しているか否かを判断する工程と、
   一方の熱電対が断線していると判断したときには、他方の熱電対に係る一方の接続端子側に供給される供給電圧を、使用温度帯域における熱電対の起電力電圧よりも高い断線検出用の電圧とするように制御する工程と、
   一方の熱電対が断線した後、他方の熱電対の起電力電圧に対応する前記増幅部の出力信号が予め設定した設定値を越えたか否かを監視し、その出力信号が前記設定値を越えたときに当該熱電対が断線したと判断する工程と、を含むことを特徴とする熱電対の信号処理方法。
8. 第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれかが断線しているか否かの判断は、第１の出力信号と第２の出力信号との差または比に基づいて行われることを特徴とする請求項７記載の熱電対の信号処理方法。
9. 第１の熱電対及び第２の熱電対に係る一方の接続端子側に供給される供給電圧を接地電圧とする前に、前記供給電圧を前記断線検出用の電圧として前記第１の出力信号及び第２の出力信号に基づいて第１の熱電対及び第２の熱電対のいずれもが断線していないことを確認する工程を行うことを特徴とする請求項７記載の熱電対の信号処理方法。
10. 処理容器の中に被処理体を載置し、加熱手段により被処理体を加熱して所定の処理を行うと共に、熱電対により温度を検出してその検出結果に基づいて加熱手段への供給電力を制御する熱処理装置において、
    請求項１ないし６のいずれか一項の熱電対の信号処理装置を備えたことを特徴とする熱処理装置。

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