JP4862815B2 - 電力制御装置、これを用いた熱処理装置、電力制御方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置等に用いる加熱ヒータ等の電力使用系に電力を供給する電力制御装置、これを用いた熱処理装置、電力制御方法及び記憶媒体に関する。

一般に、電源からの電力を電力使用系へ供給するには、電力使用系の負荷の増減に応じて供給電力を制御するために電力制御装置が用いられる。ここで、電力使用系として半導体ウエハ等に熱処理を施す熱処理装置に設けた加熱ヒータを例にとって従来の電力制御装置について説明する。

図５は熱処理装置に設けられた従来の電力制御装置を示すブロック構成図である。図示するように、この熱処理装置１では、電源２から送られてくる電力を、給電線４を介して熱処理部６へ供給するようになっており、この給電線の途中に電力制御装置８が設けられている。

まず、上記熱処理部６の構成について簡単に説明すると、この熱処理部６は、下端が開放された有天井の円筒体状に成形された処理容器１０を有しており、この処理容器１０の全体は例えば石英ガラスにより形成されている。この処理容器１０の下端の開口部は、蓋部１２により図示しないＯリング等のシール部材を介して気密に開閉可能に閉じられている。

この蓋部１２は、昇降エレベータ１４により支持されており、この昇降エレベータ１４を上下方向へ駆動することにより、上記蓋部１２が開閉される。この蓋部１２上には、回転可能に支持された石英ガラス製の保温筒１６が設けられ、この保温筒１６上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを保持する保持手段１８が設けられる。この保持手段１８は、例えば石英ガラス製のウエハボートよりなり、このウエハボート中に上記半導体ウエハを複数段に亘って上下方向に等間隔で支持するようになっている。

この処理容器１０の下部側壁には、熱処理に必要な各種のガスを処理容器１０内へ供給するガス供給手段２０が設けられている。このガス供給手段２０としては、例えば石英ガラス製のガスノズルが用いられている。図示例ではガスノズルは１本のみ記載しているが、使用するガス種に応じてガスノズルは複数個設けることができる。この処理容器１０の天井部には排気口２２が設けられており、この排気口２２には容器内の雰囲気を排気する排気系２４が設けられている。

具体的には、この排気系２４は、上記排気口２２に接続された排気通路２６を有しており、この排気通路２６には、容器内の圧力を調整する圧力調整弁２８及び真空ポンプ３０が順次介設されて、容器内を所定の圧力に維持できるようになっている。

そして、上記処理容器１０の外周には、上記半導体ウエハＷを加熱するための電力使用系としての加熱手段３２が設けられている。この加熱手段３２は、上記処理容器１０の外周を囲むようにして配置された円筒体状の加熱ヒータよりなり、この加熱手段３２に上記給電線４が接続されている。尚、この円筒体状の加熱ヒータが上下方向において複数段のゾーンに電気的に分割されて、各ゾーン毎に個別に温度制御できるようにした構造も用いることができる。

さて、上述のような加熱手段３２に接続された給電線４の途中に設けられる上記電力制御装置８は、上記電源２からの電圧を所望の電圧に変換する電源トランス３４を有しており、この電源トランス３４は給電線４の最上流側（電源２側）に介設されている。

この電源トランス３４よりも下流側の給電線４には、電力使用系である加熱手段３２へ供給する電力を制御する電力制御部３６及び加熱手段３２へ供給される電力を検出する電力検出部３８が順次設けられている。上記電力制御部３６は例えばサイリスタよりなり、これに入力される駆動信号により上記サイリスタの点弧角（導通角）を変化させることにより上記加熱手段３２へ供給する電力を制御するようになっている。

また上記電力検出部３８は、上記給電線４に流れる電流を検出する電流センサ４０と加熱手段３２に印加される電圧を検出する電圧センサ４２とを有しており、上記電流センサ４０と電圧センサ４２の出力側は、各出力値を実効値に変換する実効値変換器４４、４６にそれぞれ接続されている。

更に、上記両実効値変換器４４、４６の各出力側は、電力算出器４８へ接続されており、ここで実効電流と実効電圧との積を取ることによって電力を算出し、この算出した電力値を出力するようになっている。このように、上記電力検出部３８が構成されており、電力値を求めるようになっている。

一方、この電力制御装置８は、この熱処理装置１の全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御部（図示せず）から入力される予め設定された指示値と電力使用系である加熱手段３２の動作状態とを比較するための偏差比較部５０を有している。上記主制御部は、処理の手順が予め設定されたプログラム（レシピ）に応じて動作の指示を行い、この手順に従って、例えば熱処理のための目標とするウエハ温度が指示値として入力されてくる。

そして、電力使用系としての上記加熱手段３２には、この電力使用系の動作状態を検出する動作状態検出部５２が設けられている。この動作状態検出部５２としては、ここでは温度検出器５４が設けられており、この加熱手段３２の温度（ウエハ温度）等を検出するようになっている。実際には、この温度検出器５４は、処理容器１０内にも設けられており、温度検出器５４の検出値を上記偏差比較部５０へ入力するようになっている。

この動作状態検出部５２を形成する温度検出器としては、例えば熱電対や放射温度計等を用いることができる。そして、この偏差比較部５０では、上記主制御部側から入力される指示値と上記温度検出器５４から入力される検出値（温度）とに基づいてその偏差を求め、この偏差を相殺乃至減少させるために必要な電力を電力指示値として出力するようになっている。

この偏差比較部５０の下流側には電力比較器５６が設けられている。そして、この電力比較器５６では、上記電力指示値と上記電力算出器４８から出力される電力値とを比較し、これらの両値の差分を比較信号として出力するようになっている。このように、電力比較部５６では、電力指示値と加熱手段３２に現在投入されている電力値とが比較されて、その差分が出力される。

また、この電力比較部５６の下流側には、上記比較信号に基づいて上記電力制御部３６を駆動する駆動信号を出力する駆動信号生成部５８が設けられている。この駆動信号を形成するために、上記電源トランス３４の上流側の給電線４に接続されて供給電力のゼロクロスポイントを検出する同期検出用トランス６０と、この同期検出用トランス６０で得られた電源同期信号に基づいて三角波を形成するための三角波生成器６２とが設けられており、この三角波生成器６２からは上記電源２からの供給電力に同期した電源同期三角波信号を出力して上記駆動信号生成部５８へ供給するようになっている。

従って、上記駆動信号生成部５８では、上記比較信号と電源同期三角波信号とから上記電力制御部３６を構成するサイリスタのオン、オフ信号を駆動信号として出力するようになっている。そして、この駆動信号に従って、上記電力制御部３６をオン、オフ駆動することにより、上記加熱手段３２に制御された電力を加え、この加熱手段３２の温度、或いはウエハ温度を適正に維持するようになっている。

ところで、上述したような電力制御装置８にあっては、特に比較的大電力を消費する場合には電力使用系である加熱手段３２や給電線４等の断線を早期に検出することが必要であるが、上述したような従来の電力制御装置にあっては断線を検出するための特段の回路を設けなかったり、或いは電力指示値に対して検出された電流の値が過度に小さい時に断線が生じた旨を判断するような外付け断線検出器を設けることが行われている。

また、断線検出の他の方法として、例えば特許文献１に開示されているように、温度センサの検出値が低くてサイリスタが連続的にオン状態になっている時に断線を認識するようにしたり、或いは特許文献２に開示されているように、ヒータに供給されている電流、電圧、電力の検出信号から所定のアルゴリズムに基づいて断線を認識するようにした方法が知られている。

特開平８−１２３２４５号公報 特開平１１−０５４２４４号公報

しかしながら、上述したような外付け断線検出方法や特許文献１、２で開示されているような方法では、加熱ヒータが正常で且つ電力指示値が低い場合には、電流が小さくて電流ゼロ近傍の状態を断線の判断基準としなければならず、電流センサ等の精度に起因して誤判断が生ずる、といった問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、電力使用系に対する供給電力が小さい場合でも断線の発生を確実に認識することが可能な電力制御装置、これを用いた熱処理装置及び電力制御方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、電源から電力使用系へ供給する電力を点弧角の変化により制御する電力制御部と、前記電力使用系へ供給される電力を検出する電力検出部と、前記電力使用系の動作状態を検出する動作状態検出部と、予め設定された指示値と前記動作状態検出部の出力とを比較して電力指示値を出力する偏差比較部と、前記電力検出部の検出値と前記偏差比較部からの電力指示値とを比較して比較信号を出力する電力比較部と、前記電力比較部から出力される比較信号に基づいて前記電力制御部を駆動する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、を有する電力制御装置において、前記電力比較部から出力される前記比較信号と予め設定された全点弧判断閾値とに基づいて前記電力制御部の点弧角がフルになる全点弧状態を検出する全点弧状態検出部と、前記電力検出部から出力される電流値と全点弧状態の時に前記電力使用系に流れる電流値よりも所定の割合だけ小さい値に予め設定された低電流閾値とに基づいて前記電力使用系へ供給される電流が所定値以下であることを検出する低電流状態検出部と、前記全点弧状態検出部の検出結果と前記低電流状態検出部の検出結果とに基づいて前記電力使用系に断線が発生しているか否かを判断して断線判断信号を出力する断線判断部と、を備えたことを特徴とする電力制御装置である。

このように、電力制御部の点弧角がフルになる全点弧状態を検出する全点弧状態検出部と、電力使用系へ供給される電流が所定値以下であることを検出する低電流状態検出部と、全点弧状態検出部の検出結果と低電流状態検出部の検出結果とに基づいて電力使用系に断線が発生しているか否かを判断して断線判断信号を出力する断線判断部とを設けるようにしたので、電力使用系に対する供給電力が小さい場合でも断線の発生を確実に認識することができる。

この場合、例えば請求項２に記載したように、前記電流の所定値は５〜２０アンペアの範囲内である。
また例えば請求項３に記載したように、前記断線判断部は、断線を示す状態が所定の時間以上の長さだけ継続した時に前記断線判断信号を断線が発生した旨を示す状態に変化させる。
また例えば請求項４に記載したように、前記所定の時間は１〜５秒の範囲内である。
また例えば請求項５に記載したように、前記断線判断信号が、断線が発生した旨を示す状態になった時に動作する警報部を備える。

また例えば請求項６に記載したように、前記断線判断信号が、断線が発生した旨を示す状態になった時にその旨を表示する表示部を備える。
また例えば請求項７に記載したように、前記断線判断信号が、断線が発生した旨を示す状態になった時に前記電力使用系に対する電力供給を停止する電力供給遮断部を備える
また例えば請求項８に記載したように、前記断線判断信号は、上位の主制御部へ向けて出力される。

また例えば請求項９に記載したように、前記電力使用系は、半導体ウエハ等の被処理体に所定の熱処理を施すための熱処理装置に設けた加熱手段である。
また例えば請求項１０に記載したように、前記動作状態検出部は、前記加熱部の温度を検出する温度検出器である。

請求項１１に係る発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の熱処理を施すための熱処理装置において、前記被処理体を収容する処理容器と、前記被処理体を保持する保持手段と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を加熱するための電力使用系としての加熱手段と、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電力制御装置と、を備たことを特徴とする熱処理装置である。

この場合、例えば請求項１２に記載したように、前記処理容器は、前記被処理体を１枚又は複数枚収容である大きさに設定されている。

請求項１３に係る発明は、電源から電力使用系へ供給する電力を点弧角の変化により制御する電力制御部と、前記電力使用系へ供給される電力を検出する電力検出部と、前記電力使用系の動作状態を検出する動作状態検出部と、予め設定された指示値と前記動作状態検出部の出力とを比較して電力指示値を出力する偏差比較部と、前記電力検出部の検出値と前記偏差比較部からの電力指示値とを比較して比較信号を出力する電力比較部と、前記電力比較部から出力される比較信号に基づいて前記電力制御部を駆動する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、を有する電力制御装置を用いて行われる電力制御方法において、前記電力比較部から出力される前記比較信号と予め設定された全点弧判断閾値とに基づいて前記電力制御部の点弧角がフルになる全点弧状態であるか否かを検出する全点弧状態検出工程と、前記電力検出部から出力される電流値と全点弧状態の時に前記電力使用系に流れる電流値よりも所定の割合だけ小さい値に予め設定された低電流閾値とに基づいて前記電力使用系へ供給する電流が所定値以下であるか否かを検出する低電流検出工程と、前記両工程の検出結果に基づいて前記電力使用系に断線が発生したか否かを判断する判断工程と、を有することを特徴とする電力制御方法である。

この場合、例えば請求項１４に記載したように、前記判断工程では、断線を示す状態が所定の時間以上の長さだけ継続した時に断線が発生したものと判断する。

請求項１５に係る発明は、半導体ウエハ等の被処理体を収容する処理容器と、前記被処理体を保持する保持手段と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記被処理体を加熱するための電力使用系としての加熱手段と、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電力制御装置と、を備えた熱処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、請求項１３又は１４に記載の電力制御方法を実施するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体である。

本発明に係る電力制御装置、これを用いた熱処理装置、電力制御方法及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
サイリスタ等よりなる電力制御部の点弧角がフルになる全点弧状態を検出する全点弧状態検出部と、電力使用系へ供給される電流が所定値以下であることを検出する低電流状態検出部と、全点弧状態検出部の検出結果と低電流状態検出部の検出結果とに基づいて電力使用系に断線が発生しているか否かを判断して断線判断信号を出力する断線判断部とを設けるようにしたので、電力使用系に対する供給電力が小さい場合でも断線の発生を確実に認識することができる。

以下に、本発明に係る電力制御装置、これを用いた熱処理装置、電力制御方法及び記憶媒体の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は熱処理装置に設けられた本発明に係る電力制御装置を示すブロック構成図、図２は図１中の各ポイントにおける各信号の波形を示す信号波形図である。尚、先に説明した従来装置と同一構成部分については同一参照符号を付して説明する。

ここで熱処理部の構成は、先に従来の構成として説明した熱処理部の構成と同じであり、また電力制御装置の基本的な構成は先に説明した従来の電力制御装置と同じである。ここでは電力使用系として半導体ウエハ等に熱処理を施す熱処理装置に設けた加熱ヒータを例にとって本発明に係る電力制御装置について説明する。

図１に示すように、本発明に係る熱処理装置６６では、電源２から送られてくる電力を、給電線４を介して熱処理部６へ供給するようになっており、この給電線の途中に本発明に係る電力制御装置６８が設けられている。

まず、上記熱処理部６の構成について簡単に説明すると、この熱処理部６は、下端が開放された有天井の円筒体状に成形された処理容器１０を有しており、この処理容器１０の全体は例えば石英ガラスにより形成されている。この処理容器１０の下端の開口部は、蓋部１２により図示しないＯリング等のシール部材を介して気密に開閉可能に閉じられている。

この蓋部１２は、昇降エレベータ１４により支持されており、この昇降エレベータ１４を上下方向へ駆動することにより、上記蓋部１２が開閉される。この蓋部１２上には、回転可能に支持された石英ガラス製の保温筒１６が設けられ、この保温筒１６上に被処理体として例えば半導体ウエハＷを保持する保持手段１８が設けられる。この保持手段１８は、例えば石英ガラス製のウエハボートよりなり、このウエハボート中に上記半導体ウエハを複数段に亘って上下方向に等間隔で支持するようになっている。

この処理容器１０の下部側壁には、熱処理に必要な各種のガスを処理容器１０内へ供給するガス供給手段２０が設けられている。このガス供給手段２０としては、例えば石英ガラス製のガスノズルが用いられている。図示例ではガスノズルは１本のみ記載しているが、使用するガス種に応じてガスノズルは複数個設けることができる。この処理容器１０の天井部には排気口２２が設けられており、この排気口２２には容器内の雰囲気を排気する排気系２４が設けられている。

具体的には、この排気系２４は、上記排気口２２に接続された排気通路２６を有しており、この排気通路２６には、容器内の圧力を調整する圧力調整弁２８及び真空ポンプ３０が順次介設されて、容器内を所定の圧力に維持できるようになっている。

そして、上記処理容器１０の外周には、上記半導体ウエハＷを加熱するための電力使用系としての加熱手段３２が設けられている。この加熱手段３２は、上記処理容器１０の外周を囲むようにして配置された円筒体状の加熱ヒータよりなり、この加熱手段３２に上記給電線４が接続されている。尚、この円筒体状の加熱ヒータが上下方向において複数段のゾーンに電気的に分割されて、各ゾーン毎に個別に温度制御できるようにした構造も用いることができる。

さて、上述のような加熱手段３２に接続された給電線４の途中に設けられる本発明に係る電力制御装置６８は、上記電源２からの電圧を所望の電圧に変換する電源トランス３４を有しており、この電源トランス３４は給電線４の最上流側（電源２側）に介設されている。この電源トランス３４よりも下流側の給電線４には、電力使用系である加熱手段３２へ供給する電力を制御する電力制御部３６及び加熱手段３２へ供給される電力を検出する電力検出部３８が順次設けられている。上記電力制御部３６は例えばサイリスタよりなり、これに入力される駆動信号Ｓ４（図２（Ｃ）参照）により上記サイリスタの点弧角（導通角）を変化させることにより上記加熱手段３２へ供給する電力を制御するようになっている。

また上記電力検出部３８は、上記給電線４に流れる電流を検出する電流センサ４０と加熱手段３２に印加される電圧を検出する電圧センサ４２とを有しており、上記電流センサ４０と電圧センサ４２の出力側は、各出力値を実効値に変換する実効値変換器４４、４６にそれぞれ接続されている。

更に、上記両実効値変換器４４、４６の各出力側は、電力算出器４８へ接続されており、ここで実効電流と実効電圧との積を取ることによって電力を算出し、この算出した電力値Ｓ６（図２（Ｅ）参照）を出力するようになっている。このように、上記電力検出部３８が構成されており、電力値を求めるようになっている。

一方、この電力制御装置６８は、この熱処理装置６６の全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御部７０から入力される予め設定された指示値と電力使用系である加熱手段３２の動作状態とを比較するための偏差比較部５０を有している。上記主制御部７０は、処理の手順が予め設定されたプログラム（レシピ）に応じて動作の指示を行い、この手順に従って、例えば熱処理のための目標とするウエハ温度が指示値として入力されてくる。

そして、電力使用系としての上記加熱手段３２には、この電力使用系の動作状態を検出する動作状態検出部５２が設けられている。この動作状態検出部５２としては、ここでは温度検出器５４が設けられており、この加熱手段３２の温度（ウエハ温度）等を検出するようになっている。実際には、この温度検出器５４は、処理容器１０内にも設けられており、温度検出器５４の検出値を上記偏差比較部５０へ入力するようになっている。

この動作状態検出部５２を形成する温度検出器としては、例えば熱電対や放射温度計等を用いることができる。そして、この偏差比較部５０では、上記主制御部７０側から入力される指示値と上記温度検出器５４から入力される検出値（温度）とに基づいてその偏差を求め、この偏差を相殺乃至減少させるために必要な電力を電力指示値Ｓ７（図２（Ｅ）参照）として出力するようになっている。

この偏差比較部５０の下流側には電力比較器５６が設けられている。そして、この電力比較器５６では、上記電力指示値Ｓ７と上記電力算出器４８から出力される電力値Ｓ６とを比較し、これらの両値の差分を比較信号Ｓ２（図２（Ｂ）参照）として出力するようになっている。このように、電力比較部５６では、電力指示値Ｓ７と加熱手段３２に現在投入されている電力値Ｓ６とが比較されて、その差分が出力される。

また、この電力比較部５６の下流側には、上記比較信号Ｓ２に基づいて上記電力制御部３６を駆動する駆動信号Ｓ４を出力する駆動信号生成部５８が設けられている。この駆動信号Ｓ４を形成するために、上記電源トランス３４の上流側の給電線４に接続されて供給電力のゼロクロスポイントを検出する同期検出用トランス６０と、この同期検出用トランス６０で得られた電源同期信号に基づいて三角波を形成するための三角波生成器６２とが設けられており、この三角波生成器６２からは上記電源２からの供給電力に同期した電源同期三角波信号Ｓ３（図２（Ｂ）参照）を出力して上記駆動信号生成部５８へ供給するようになっている。

従って、上記駆動信号生成部５８では、上記比較信号Ｓ２と電源同期三角波信号Ｓ３とから上記電力制御部３６を構成するサイリスタのオン、オフ信号を駆動信号Ｓ４として出力するようになっている。そして、この駆動信号Ｓ４に従って、上記電力制御部３６をオン、オフ駆動することにより、上記加熱手段３２に制御された電力を加え、この加熱手段３２の温度、或いはウエハ温度を適正に維持するようになっている。

そして、このような構成に加えて、本発明の特徴とする全点弧状態検出部７２と、低電流状態検出部７４と、断線判断部７６とが設けられる。具体的には、上記全点弧状態検出部７２は、上記電力比較部５６の下流側に上記駆動信号生成部５８と並列に接続されており、これに比較信号Ｓ２が入力されている。この全点弧状態検出部７２では、上記比較信号Ｓ２と予め設定された全点弧判断閾値（図２（Ｂ）参照）とを比較して全点弧検出信号Ｓ８（図２（Ｆ）参照）を出力するようになっている。ここで点弧角がフル（最大）になった状態を全点弧状態と称しており、例えばサイリスタが継続的にオン状態になるような状態を示している。図２（Ｆ）では全点弧検出信号Ｓ８は全点弧状態になると、”０”から”１”へ変化している。

また上記低電流状態検出部７４は、上記電流センサ４０の検出値を実効値に変換する実効値変換器４４の下流側に上記電力算出器４８と並列に接続されており、実効値の電流値Ｓ５（図２（Ｄ）参照）が入力されている。

この低電流状態検出部７４では、上記電流値Ｓ５と予め設定された所定値、すなわち低電流閾値（図２（Ｄ）参照）とを比較し、低電流検出信号Ｓ９（図２（Ｇ）参照）を出力するようになっている。ここでは上記電流値Ｓ５が上記低電流閾値以下になると、その旨が出力される。具体的には、図２（Ｇ）では低電流検出信号Ｓ９は、上記電流値Ｓ５が上記低電流閾値以下になると、”０”から”１”へ変化している。図示例ではポイントＰ１で断線が発生すると、電流値Ｓ５が急激に減少して断線発生から時間Δｔだけ遅延して低電流検出信号が”０”から”１”へ変化している。上記低電流閾値は、加熱手段３２の定格電力等に依存するが例えば５〜２０アンペアの範囲内、例えば１５アンペア程度に設定される。

そして、上記断線判断部７６は、上記全点弧検出信号Ｓ８と低電流検出信号Ｓ９とを入力し、これらの両信号（検出結果）Ｓ８、Ｓ９とに基づいて上記加熱手段３２や給電線４等に断線が発生しているか否かを判断して断線判断信号Ｓ１０（図２（Ｈ）参照）を出力するようになっている。

すなわち、断線判断部７６では上記両信号Ｓ８、Ｓ９の論理積（ＡＮＤ）をとって出力するようになっている。ここでは上記両信号Ｓ８、Ｓ９の論理積の結果を直ちに出力するではなく、上記論理積の結果が所定の時間、例えばΔｔ１だけ継続した時に断線が生じたものと認識し、その結果として断線判断信号Ｓ１０を”０”から”１”へ変化させることによって断線が生じた旨を出力するようになっている。

そして、この断線判断信号Ｓ１０は、この熱処理装置６６の動作の全体を制御する上位の主制御部７０へ入力するようになっている。この主制御部７０には、上記加熱手段３２に対する電力供給を停止する例えば電磁リレー等よりなる電力供給遮断部７８やＬＥＤ（発光ダイオード）等よりなる警報部８０やディスプレイ等の表示部８２がそれぞれ接続されており、継続が生じた場合には電力供給を遮断したり、その旨をＬＥＤの点滅や表示部８２における明示等により表せるようになっている。

また、断線判断信号Ｓ１０の結果は、通信回線８４を介して系外へ送信できるようにもなっている。そして、この熱処理装置６６の全体の動作の制御を行うためのコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶するために記憶媒体８６が設けられている。この記憶媒体８６は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。

次に、以上のように構成された電力制御装置６８を有する熱処理装置６６を用いて行われる熱処理方法及び電力制御方法について、図３も参照して説明する。図３は本発明に係る電力制御方法の各工程を示すフローチャートである。

まず、熱処理方法の大略について説明すると、熱処理部６において、未処理の複数枚の半導体ウエハＷを多段に保持した保持手段１８は、昇降エレベータ１４を駆動することにより処理容器１０の下方よりこの処理容器１０内へロードされて、容器内が密閉される。そして、ガス供給手段２０からこの処理容器１０内へ熱処理に必要な各ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給し、これと同時に排気系２４により容器内の雰囲気を例えば真空引きして所定のプロセス圧力に維持する。

また、この処理容器１０は、これを取り囲む電力使用系である加熱手段３２により予め所定の温度に加熱されており、そして、上述のようにウエハＷがロードされると加熱手段３２への電力供給を増加して加熱手段３２（ウエハＷ）を所定のプロセス温度まで昇温して維持し、この状態で成膜処理等の所定の熱処理がウエハＷに対して施されることになる。

ここで、上記加熱手段３２に関しては、電源２からの電力が、電源トランス３４を経由して、本発明に係る電力制御装置６８によりその供給量が制御されつつ上記加熱手段３２に供給されることになる。具体的には、熱処理すべきプロセスに応じたウエハ温度の設定値が主制御部７０より指示値として偏差比較部５０へ入力されており、この偏差比較部５０では、上記指示値と温度検出器５４にて検出されたウエハ温度（加熱手段の温度）の検出値とが比較されて、両者の差分を相殺、或いは減少させるための必要な電力が電力指示値Ｓ７（図２（Ｅ）参照）として出力されている。

一方、電力検出部３８では、上記加熱手段３２に流れる電流や、加熱手段３２に印加される電圧が電流センサ４０及び電圧センサ４２によりそれぞれ検出され、それぞれの値が実効値変換器４４、４６にて実効値に変換された後に、電力算出器４８にて加熱手段３２に供給されている供給電力が求められている。この求められた電力値Ｓ６（図２（Ｅ）参照）は電力比較部５６へ入力され、ここで上記電力指示値Ｓ７と比較されて比較信号Ｓ２（図２（Ｂ）参照）が出力される。

そして、この比較信号Ｓ２は駆動信号生成部５８へ入力されることになる。この駆動信号生成部５８へは、同期検出用トランス６０及び三角波生成器６２を経て形成された電源同期三角波信号Ｓ３（図２（Ｂ）参照）が入力されており、この電源同期三角波信号Ｓ３と上記比較信号Ｓ２とによりサイリスタをオン、オフ駆動する駆動信号Ｓ４（図２（Ｃ）参照）が形成される。すなわち、比較信号Ｓ２よりも電源同期三角波信号Ｓ３が大きい領域がサイリスタのオンの領域となり、この領域が点弧角として表されることになる。

そして、この駆動信号Ｓ４は、給電線４に介設した上記電力制御部３６へ入力されて、この電力制御部３６を構成するサイリスタをオン、オフ駆動することにより供給電力をコントロールする。この結果、加熱手段３２の温度（ウエハ温度）が所定のプロセス温度を維持するようにコントロールされることになる。

そして、このような電力供給がコントロールされている間に、これと同時に加熱手段３２や給電線４等に断線が発生しているか否かが図３に示すフローチャートに従って継続的に行われることになる。すなわち、本発明方法においては、電力制御部３６の点弧角がフルになる全点弧状態であるか否かを検出する全点弧状態検出工程（ステップ１）と、電力使用系である加熱手段３２へ供給する電流が所定値以下であるか否かを検出する低電流検出工程（ステップ２）と、上記両工程の検出結果に基づいて電力使用系である加熱手段３２に断線が発生したか否かを判断する判断工程（ステップ３）とを有している。

そして、上記判断工程（ステップ３）においては、具体的には断線を示す状態が発生したか否かが判断され（ステップ３−１）、断線を示す状態でない場合、すなわちＮＯの場合にはステップ１に戻る。また断線を示す状態の場合、すなわちＹＥＳの場合には、その断線を示す状態が所定の時間だけ継続したか否かが判断される（ステップ３−２）。

この所定の時間の計測は、タイマーを用いてもよいし、コンデンサとコイル等を用いたディレイ回路を用いてもよく、この所定の時間の長さは例えば１〜５秒の範囲内が好ましい。この判断の結果、断線を示す状態が所定の時間だけ継続しなかった場合、すなわちＮＯの場合には、一時的なエラー信号とみなしてステップ１に戻る。また、断線を示す状態が所定の時間だけ継続した場合、すなわちＹＥＳの場合には、実際に断線が生じたものとみなして断線が生じた旨の信号を出力する（ステップ３−３）。

この結果、主制御部７０は、電力供給遮断部７８を駆動させて電力の供給を遮断したり、警報部８０を駆動してその旨をオペレータに知らせたり、表示部８２にその旨を表示してオペレータに知らせたり、或いは通信回線８４を介してその旨を系外に向けて知らせたりすることになる。

尚、上記ステップ３−２は判断の確実性を担保するために設けたものであるが、回路設計等の精度が高い場合には、このステップ３−２を省略するようにしてもよい。またステップ１とステップ２の順序は逆でもよい。

ここで、上記各工程の動作について詳しく説明する。まず、主制御部７０から指示されるウエハ温度の指示値を維持するように偏差比較部５０からは電力指示値Ｓ７が出力され、この電力指示値Ｓ７は電力比較部５６で実際に測定された電力値Ｓ６と比較されて、その偏差を是正（相殺）するような比較信号Ｓ２が出力される。

そして、この比較信号Ｓ２に基づいて駆動信号生成部５８では、電力制御部３６のサイリスタをオン、オフする駆動信号Ｓ４を生成することになる。この駆動信号Ｓ４は、点弧角（導通角）を変化させることによってサイリスタのオン、オフ状態を制御する。図２に示す場合には、電源同期信号（図２（Ａ））の半周期毎に電源同期三角波Ｓ３（図２（Ｂ））を発生させており、この電源同期三角波Ｓ３と比較信号Ｓ２とを比較させることによって駆動信号Ｓ４（図２（Ｃ））を生成している。

今、このようにして安定して動作している状態において、ポイントＰ１において加熱手段３２や給電線４等に断線が発生したものと仮定する。このような断線が発生すると、電流値Ｓ５（図２（Ｄ））及び電力値Ｓ６（図２（Ｅ））は急激に減少し、上記電流値Ｓ５が低電流閾値ΔＩ（図２（Ｄ））よりも低下すると、低電流状態検出部７４は低電流検出信号Ｓ９をポイントＰ２にて例えば”０”から”１”に変化させる（ステップ２）。これによって低電流状態（電流がゼロの場合も含む）になったことを表している。ここでポイントＰ２は、ポイントＰ１から時間Δｔだけ遅くなっている。

この場合、上記した断線の発生によって電流が減少して流れなくなることから、電力値Ｓ６は電力指示値Ｓ７（図２（Ｅ））よりも小さな値となり、従って、これを是正するためにサイリスタの点弧角を増やすように比較信号Ｓ２（図２（Ｂ）は次第に低下して行く。そして、最終的には、この比較信号Ｓ２が全点弧判断閾値よりもポイントＰ３において小さくなると、点弧角がフルになって全点弧状態になり、全点弧状態検出部７２は全点弧検出信号Ｓ８を、ここでは例えば”０”から”１”に変化させることによって、その旨を出力する（ステップ２）。

そして、断線判断部７６は、上記全点弧検出信号Ｓ８と低電流検出信号Ｓ９との論理積（アンド）を求め、断線が生じた旨を示すために断線判断信号Ｓ１０（図２（Ｈ））を”０”から”１”に変化させる。この場合、前述したように、上記論理積の結果を直ちに出力するのではなく、誤検知を防ぐために上記論理積”１”の状態が所定の時間Δｔだけ継続した時に、初めて断線判断信号Ｓ１０を”０”から”１”へ変化させるようにして、断線が生じた旨を表すようにしている。

このようにして、断線が生ずると、この旨は例えば主制御部７０へ伝達されて、前述したように警報部８０を駆動する等の種々の対策が行われる。尚、この断線判断部７６からの出力により直接的に警報部８０を駆動したり、表示部８２に表示したり、或いは電力供給遮断部７８により電力供給を遮断する等の前述したように対策を行うようにしてもよい。

このようにして、電流が低電流状態であり、且つサイリスタ等の点弧角がフルになる全点弧状態（サイリスタが継続的にオン状態となる）であることを検出することにより、断線の発生を確実に検出（認識）することができる。特に、加熱手段３２へ供給すべき電力が非常に少ない低パワー状態の場合でも、断線が発生している場合には、全点弧状態になるので、断線の発生を確実に検出することができる。また、電流ゼロ状態を検出する必要がないので、従来必要とされていた電流センサ４０の微細なゼロ点調整を不要にすることができる。

ここで上記低電流閾値ΔＩの大きさは、加熱ヒータよりなる加熱手段３２の電力容量等にもよるが、例えば５〜１０アンペアの範囲内であり、全点弧状態で負荷である加熱手段３２に流れる最小電流値の７５％程度に低電流閾値ΔＩの上限値を設定するのがよい。具体的には、全点弧状態で加熱手段３２に流れる最小電流値が２２アンペアの場合には、上記低電流閾値の上限値は１６．５アンペア程度に設定するのがよい。

また、ポイントＰ３から断線判断信号Ｓ１０が変化するまでの時間Δｔ１は、１〜５秒の範囲内が望ましく、この時間Δｔ１が５秒よりも長い場合には断線状態が長く放置される危険性があり、逆に１秒よりも短い場合には誤検出を生ずる場合がある。

このように、電力制御部３６の点弧角がフルになる全点弧状態を検出する全点弧状態検出部７２と、電力使用系３２へ供給される電流が所定値以下であることを検出する低電流状態検出部７４と、全点弧状態検出部７２の検出結果と低電流状態検出部７４の検出結果とに基づいて電力使用系３２に断線が発生しているか否かを判断して断線判断信号Ｓ１０を出力する断線判断部７６とを設けるようにしたので、電力使用系３２に対する供給電力が小さい場合でも断線の発生を確実に認識することができる。

尚、上記実施形態にあっては、基本波である電源用同期信号Ｓ１の半周期の間に１つの電源同期三角波Ｓ３及び１つの駆動信号Ｓ４のパルスを発生させるようにしたが、これに限定されず、図４に示す変形実施形態の電源同期三角波のように、電源用同期信号Ｓ１の半周期の間に複数、図示例では４つの電源同期三角波Ｓ３を発生させて上記半周期の間に駆動信号として多数のパルスを発生させるようにしたパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いてもよく、その変調方法は特に限定されない。

また、ここでは熱処理部６の加熱手段３２として一体化されたものを例にとって説明したが、これを処理容器１０の高さ方向に複数段に亘って分割して複数ゾーンに区分し、各ゾーン毎に温度制御する場合もあるが、この場合には、各ゾーン毎に上記給電線４と上述したと同様な電力制御装置６８とを設けて電力制御を行うようにする。

また、ここでは一度に複数枚の半導体ウエハＷを処理する、いわゆるバッチ式の熱処理部６を例にとって説明したが、これに限定されず、半導体ウエハＷを１枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の処理装置についても本発明を適用することができる。
更には、電力使用系である加熱手段３２として、ここでは加熱ヒータを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばペルチェ素子等を用いた場合にも本発明を適用することができる。更には、加熱対象物としては半導体ウエハに限定されず、どのようなものでも本発明を適用することができる。

また更には、電力使用系としては加熱手段に限定されず、比較的大電力を使用する電力使用系（負荷）ならば、どのようなものでも本発明を適用することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

熱処理装置に設けられた本発明に係る電力制御装置を示すブロック構成図である。 図１中の各ポイントにおける各信号の波形を示す信号波形図である。 本発明に係る電力制御方法の各工程を示すフローチャートである。 三角波生成器にて生成される変形実施形態の電源同期三角波を示す波形図である。 熱処理装置に設けられた従来の電力制御装置を示すブロック構成図である。

符号の説明

２ 電源
４ 給電線
６ 熱処理部
１０ 処理容器
１８ 保持手段
２０ ガス供給手段
２４ 排気系
３２ 加熱手段（電力使用系）
３４ 電源トランス
３６ 電力制御部
３８ 電力検出部
４０ 電流センサ
４２ 電圧センサ
４８ 電力算出器
５０ 偏差比較部
５２ 動作状態検出部
５４ 温度検出器
５６ 電力比較部
５８ 駆動信号生成部
６０ 同期検出用トランス
６２ 三角波生成器
６６ 熱処理装置
６８ 電力制御装置
７０ 主制御部
７２ 全点弧状態検出部
７４ 低電流状態検出部
７６ 断線判断部
８６ 記憶媒体
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (15)

1. 電源から電力使用系へ供給する電力を点弧角の変化により制御する電力制御部と、
   前記電力使用系へ供給される電力を検出する電力検出部と、
   前記電力使用系の動作状態を検出する動作状態検出部と、
   予め設定された指示値と前記動作状態検出部の出力とを比較して電力指示値を出力する偏差比較部と、
   前記電力検出部の検出値と前記偏差比較部からの電力指示値とを比較して比較信号を出力する電力比較部と、
   前記電力比較部から出力される比較信号に基づいて前記電力制御部を駆動する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、
   を有する電力制御装置において、
   前記電力比較部から出力される前記比較信号と予め設定された全点弧判断閾値とに基づいて前記電力制御部の点弧角がフルになる全点弧状態を検出する全点弧状態検出部と、
   前記電力検出部から出力される電流値と全点弧状態の時に前記電力使用系に流れる電流値よりも所定の割合だけ小さい値に予め設定された低電流閾値とに基づいて前記電力使用系へ供給される電流が所定値以下であることを検出する低電流状態検出部と、
   前記全点弧状態検出部の検出結果と前記低電流状態検出部の検出結果とに基づいて前記電力使用系に断線が発生しているか否かを判断して断線判断信号を出力する断線判断部と、
   を備えたことを特徴とする電力制御装置。
2. 前記電流の所定値は５〜２０アンペアの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
3. 前記断線判断部は、断線を示す状態が所定の時間以上の長さだけ継続した時に前記断線判断信号を断線が発生した旨を示す状態に変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の電力制御装置。
4. 前記所定の時間は１〜５秒の範囲内であることを特徴とする請求項３記載の電力制御装置。
5. 前記断線判断信号が、断線が発生した旨を示す状態になった時に動作する警報部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力制御装置。
6. 前記断線判断信号が、断線が発生した旨を示す状態になった時にその旨を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力制御装置。
7. 前記断線判断信号が、断線が発生した旨を示す状態になった時に前記電力使用系に対する電力供給を停止する電力供給遮断部を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電力制御装置。
8. 前記断線判断信号は、上位の主制御部へ向けて出力されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力制御装置。
9. 前記電力使用系は、半導体ウエハ等の被処理体に所定の熱処理を施すための熱処理装置に設けた加熱手段であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電力制御装置。
10. 前記動作状態検出部は、前記加熱部の温度を検出する温度検出器であることを特徴とする請求項９記載の電力制御装置。
11. 半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の熱処理を施すための熱処理装置において、
    前記被処理体を収容する処理容器と、
    前記被処理体を保持する保持手段と、
    前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
    前記被処理体を加熱するための電力使用系としての加熱手段と、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電力制御装置と、
    を備えたことを特徴とする熱処理装置。
12. 前記処理容器は、前記被処理体を１枚又は複数枚収容である大きさに設定されていることを特徴とする請求項１１記載の熱処理装置。
13. 電源から電力使用系へ供給する電力を点弧角の変化により制御する電力制御部と、
    前記電力使用系へ供給される電力を検出する電力検出部と、
    前記電力使用系の動作状態を検出する動作状態検出部と、
    予め設定された指示値と前記動作状態検出部の出力とを比較して電力指示値を出力する偏差比較部と、
    前記電力検出部の検出値と前記偏差比較部からの電力指示値とを比較して比較信号を出力する電力比較部と、
    前記電力比較部から出力される比較信号に基づいて前記電力制御部を駆動する駆動信号を出力する駆動信号生成部と、
    を有する電力制御装置を用いて行われる電力制御方法において、
    前記電力比較部から出力される前記比較信号と予め設定された全点弧判断閾値とに基づいて前記電力制御部の点弧角がフルになる全点弧状態であるか否かを検出する全点弧状態検出工程と、
    前記電力検出部から出力される電流値と全点弧状態の時に前記電力使用系に流れる電流値よりも所定の割合だけ小さい値に予め設定された低電流閾値とに基づいて前記電力使用系へ供給する電流が所定値以下であるか否かを検出する低電流検出工程と、
    前記両工程の検出結果に基づいて前記電力使用系に断線が発生したか否かを判断する判断工程と、
    を有することを特徴とする電力制御方法。
14. 前記判断工程では、断線を示す状態が所定の時間以上の長さだけ継続した時に断線が発生したものと判断することを特徴とする請求項１３記載の電力制御方法。
15. 半導体ウエハ等の被処理体を収容する処理容器と、
    前記被処理体を保持する保持手段と、
    前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
    前記被処理体を加熱するための電力使用系としての加熱手段と、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電力制御装置と、
    を備えた熱処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、
    請求項１３又は１４に記載の電力制御方法を実施するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。

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