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
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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