JP5567318B2 - Power supply system, substrate processing apparatus, semiconductor manufacturing apparatus, and deterioration diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、処理炉内に搬入した基板の表面に反応性ガスを供給して、所定の処理を施す基板処理装置に交流電力を供給する電力供給システムに関する。 The present invention relates to a power supply system that supplies a reactive gas to the surface of a substrate carried into a processing furnace and supplies AC power to a substrate processing apparatus that performs a predetermined process.
従来、半導体基板やガラス基板等の表面に機能性薄膜を形成する場合には、制御対象である発熱体の一種である抵抗加熱ヒータを備える加熱炉内で前記基板を加熱しつつその表面に反応性ガスを供給して化学反応させていた。 Conventionally, when a functional thin film is formed on the surface of a semiconductor substrate, a glass substrate or the like, the substrate reacts while heating the substrate in a heating furnace provided with a resistance heater which is a kind of heating element to be controlled. A chemical gas was supplied to cause a chemical reaction.
図9は、基板表面処理装置に交流電力を供給する従来の電力供給システム10の構成を示す回路図である。電力供給システム10は、交流電源11、受電用端子台12、保護用ブレーカ(NFB)13、電源トランスTR、サイリスタ16、抵抗加熱ヒータ5、熱電対8、及び温度調整用調節計15を備えている。抵抗加熱ヒータ5は、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で構成されている。サイリスタ16は、電源トランスTRで変圧された交流電圧の位相を制御して抵抗加熱ヒータ5に印加するスイッチ素子である。また、サイリスタ16は、温度検出手段としての熱電対8での抵抗加熱ヒータ5の測定温度が炉の設定温度よりも低い場合に、抵抗加熱ヒータ5に供給する交流電力を増大させ、一方で炉の設定温度よりも高い場合に、抵抗加熱ヒータ5に供給している交流電力を減少させる。 FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional power supply system 10 that supplies AC power to the substrate surface treatment apparatus. The power supply system 10 includes an AC power supply 11, a power receiving terminal block 12, a protective breaker (NFB) 13, a power transformer TR, a thyristor 16, a resistance heater 5, a thermocouple 8, and a temperature adjustment controller 15. Yes. The resistance heater 5 is made of molybdenum disilicide whose resistance value is very small at room temperature and increases when the temperature is high. The thyristor 16 is a switch element that controls the phase of the AC voltage transformed by the power transformer TR and applies it to the resistance heater 5. The thyristor 16 increases the AC power supplied to the resistance heater 5 when the temperature measured by the resistance heater 5 with the thermocouple 8 serving as the temperature detection means is lower than the set temperature of the furnace, while the furnace When the temperature is higher than the set temperature, the AC power supplied to the resistance heater 5 is reduced.
抵抗加熱ヒータ5は、使用時間が長くなるに従って劣化して断線し易くなる。基板の処理中に抵抗加熱ヒータ5が断線してしまうと、成膜不良が生じるため、基板を廃棄するか不良薄膜を除去するかしなければならなくなり、コスト面のみならず生産効率面でも多大な損失が発生する。 The resistance heater 5 is easily deteriorated as it is used for a long time. If the resistance heater 5 is disconnected during the processing of the substrate, a film formation failure occurs. Therefore, it is necessary to discard the substrate or remove the defective thin film. Loss occurs.
そこで、抵抗加熱ヒータ5に印加される交流電圧及び交流電流を測定して抵抗加熱ヒータ5の抵抗値を算出し、算出した抵抗値の変化を観察することにより、抵抗加熱ヒータ5の劣化の進行状態を把握して断線を予測する技術(特許文献1や特許文献2)が開発されている。 Therefore, the resistance voltage of the resistance heater 5 is calculated by measuring the AC voltage and AC current applied to the resistance heater 5 to calculate the resistance value of the resistance heater 5 and observing the change in the calculated resistance value. Techniques (Patent Document 1 and Patent Document 2) for predicting disconnection by grasping the state have been developed.
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載の技術では、抵抗加熱ヒータに印加される交流電圧は、サイリスタによって位相制御されるため、その波形が正弦波ではなく図10(a)に実線で示す正弦波の一部が欠損したような不連続な波形となる。ここで、図10(b)は、制御信号がサイリスタに入力されるタイミングを示している。また、図10(b)では、交流電源の半サイクル毎に、サイリスタへの制御信号の入力時から電源電圧がゼロボルトになるまでの期間すなわち抵抗加熱ヒータに交流電圧が印加される期間を有効電力期間Aと表示しており、一方で電源電圧がゼロボルトの時からサイリスタに制御信号が入力されるまでの期間すなわち抵抗過熱ヒータに交流電圧が印加されない期間を無効電力期間Bと表示している。図10から明らかなように、サイリスタに制御信号が入力さ
れた直後には、抵抗加熱ヒータに印加される交流電圧の波形に急峻な立ち上がりが生じる。このとき、抵抗加熱ヒータに印加される交流電流は、交流電圧の急峻な立ち上がりに追随できずに交流電圧よりも緩やかに増大していく。また、このとき、抵抗加熱ヒータに印加される交流電流には、交流電圧の急峻な立ち上がりに起因する様々な周波数の高調波電流が含まれる。この高調波電流は、電流計による交流電流の測定値を撹乱するノイズである。
However, in the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, since the AC voltage applied to the resistance heater is phase-controlled by a thyristor, the waveform is not a sine wave but shown by a solid line in FIG. It becomes a discontinuous waveform in which a part of the sine wave is missing. Here, FIG. 10B shows the timing at which the control signal is input to the thyristor. Further, in FIG. 10B, every half cycle of the AC power source, the period from when the control signal is input to the thyristor until the power source voltage becomes zero volts, that is, the period during which the AC voltage is applied to the resistance heater is shown as active power. The period A is displayed, while the period from when the power supply voltage is zero volts to when the control signal is input to the thyristor, that is, the period during which no AC voltage is applied to the resistance overheater is displayed as the reactive power period B. As is clear from FIG. 10, immediately after the control signal is input to the thyristor, a steep rise occurs in the waveform of the AC voltage applied to the resistance heater. At this time, the alternating current applied to the resistance heater does not follow the steep rise of the alternating voltage and increases more gradually than the alternating voltage. At this time, the alternating current applied to the resistance heater includes harmonic currents having various frequencies resulting from a sharp rise in the alternating voltage. This harmonic current is noise that disturbs the measured value of the alternating current by the ammeter.
このように、特許文献1や特許文献2に記載の技術では、抵抗加熱ヒータに印加される交流電流が交流電圧の急峻な立ち上がりに追随できずに遅延するため、電流計による測定値が交流電圧の値から導出される理論値よりもやや小さくなる。さらに、交流電圧の急峻な立ち上がりに起因して発生した高調波電流が交流電流の電流計による測定値を撹乱させるため、その交流電流の測定値にゆらぎが生じる。 As described above, in the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the alternating current applied to the resistance heater is delayed without following the steep rise of the alternating voltage. It is slightly smaller than the theoretical value derived from the value of. Further, since the harmonic current generated due to the steep rise of the AC voltage disturbs the measurement value of the AC current by the ammeter, the measurement value of the AC current fluctuates.
したがって、特許文献1や特許文献2に記載の技術では、抵抗加熱ヒータに印加された交流電圧及び交流電流を継続的に測定してその測定値から抵抗加熱ヒータの抵抗値(実測抵抗値)を算出し、算出した実測抵抗値の経時的な変化量に基づいて抵抗加熱ヒータの劣化の進行状態を把握しようとすると、正弦波波形の交流電圧を用いて抵抗加熱ヒータの抵抗値を測定した場合と比較して、実測抵抗値がやや高く算出されてしまう問題がある。また、この問題に起因して、抵抗加熱ヒータの劣化の進行による抵抗値の増大が相対的に小さく見えてしまい見過ごされてしまう問題もある。さらに、高調波電流の発生に起因して抵抗加熱ヒータの実測抵抗値にゆらぎが生じるため、このゆらぎの中に抵抗加熱ヒータの劣化に起因する抵抗値の変化が埋もれてしまうことから、抵抗加熱ヒータの劣化の進行、特に使用開始後初期における劣化の進行を正確に把握することが困難であるという問題もある。 Therefore, in the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the AC voltage and AC current applied to the resistance heater are continuously measured, and the resistance value (measured resistance value) of the resistance heater is determined from the measured value. When the resistance heater's resistance value is measured using an AC voltage with a sinusoidal waveform when trying to determine the progress of deterioration of the resistance heater based on the calculated change over time of the measured resistance value. There is a problem that the actually measured resistance value is calculated to be slightly higher than that. Further, due to this problem, there is a problem that an increase in resistance value due to the progress of deterioration of the resistance heater appears relatively small and is overlooked. Furthermore, since the actual resistance value of the resistance heater is fluctuated due to the generation of the harmonic current, the change in resistance value due to the deterioration of the resistance heater is buried in this fluctuation. There is also a problem that it is difficult to accurately grasp the progress of deterioration of the heater, in particular, the progress of deterioration in the initial stage after the start of use.
一方で、高速スイッチング電力制御用素子を利用した電力供給システム(特許文献3)が開発されている。特許文献3に記載の技術では、図9に示すサイリスタ16の代わりにIGBT等の高速スイッチング素子を用いて交流電源11から供給される交流電力を抵抗加熱ヒータに供給する。 On the other hand, a power supply system (Patent Document 3) using a high-speed switching power control element has been developed. In the technique described in Patent Document 3, AC power supplied from the AC power supply 11 is supplied to the resistance heater using a high-speed switching element such as IGBT instead of the thyristor 16 shown in FIG.
本発明の目的は、抵抗加熱ヒータの劣化に起因する抵抗値の変化を検出することができ、ひいては抵抗加熱ヒータの交換時期を正確に予測できる電力供給システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power supply system that can detect a change in resistance value due to deterioration of a resistance heater, and thus can accurately predict the replacement time of the resistance heater.
本発明の一態様によれば、正弦波波形を有する交流電圧の波高値を制御する供給電力調節器と、前記供給電力調節器によって制御された交流電圧が印加されることによって発熱する発熱体と、前記発熱体に印加された交流電圧及び交流電流を測定する測定器と、前記測定器によって得られた電圧値及び電流値から前記発熱体の抵抗値を算出し、算出した前記抵抗値に基づいて前記発熱体の劣化診断を行う演算器と、を備える電力供給システムが提供される。 According to one aspect of the present invention, a supply power regulator that controls a peak value of an AC voltage having a sine wave waveform, and a heating element that generates heat when an AC voltage controlled by the supply power regulator is applied. A measuring device for measuring an alternating voltage and an alternating current applied to the heating element, and calculating a resistance value of the heating element from a voltage value and a current value obtained by the measuring instrument, and based on the calculated resistance value And an arithmetic unit that performs deterioration diagnosis of the heating element.
本発明によれば、発熱体の劣化の進行状態を正確に把握して、発熱体の交換時期を正確に予測することができる。また、基板処理と抵抗加熱ヒータの劣化診断を並行して行うことができるので、リアルタイムでの劣化の進行状態を監視できる。 According to the present invention, it is possible to accurately grasp the progress of deterioration of the heating element and accurately predict the replacement time of the heating element. Further, since the substrate processing and the deterioration diagnosis of the resistance heater can be performed in parallel, the progress of deterioration in real time can be monitored.
<本発明の一実施形態>
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
<One Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る電力供給システム100の構成を示すブロック図である。電力供給システム100は、交流電源101、受電用端子台102、保護用ブレーカ(NFB)103、電源トランス104、分配用端子台105、抵抗加熱ヒータ106、炉107、供給電力調節器110、電圧測定ライン128、温度調整用調節計130、抵抗検出装置140、熱電対131、141、及びカレントトランス142を備えている。また、供給電力調節器110は、入力側フィルタ回路111、IGBT変換器112、カレントトランス113、電圧測定ライン123、電源変動検出手段フィードフォワード回路114、周波数変換回路115、出力側フィルタ回路116、カレントトランス117、電圧測定ライン118、及び負荷変動検出手段フィードバック回路119を備えている。また、抵抗検出装置140は、A/D変換器143、演算器(CPU)144、ヒータ製作時基準テーブル145、ヒータ温度係数テーブル146、DO出力手段147、及び通信インターフェイス(I/F)148を備えている。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power supply system 100 according to an embodiment of the present invention. The power supply system 100 includes an AC power supply 101, a power receiving terminal block 102, a protective breaker (NFB) 103, a power transformer 104, a distribution terminal block 105, a resistance heater 106, a furnace 107, a power supply regulator 110, and voltage measurement. A line 128, a temperature adjustment controller 130, a resistance detection device 140, thermocouples 131 and 141, and a current transformer 142 are provided. The supply power regulator 110 includes an input side filter circuit 111, an IGBT converter 112, a current transformer 113, a voltage measurement line 123, a power fluctuation detection means feedforward circuit 114, a frequency conversion circuit 115, an output side filter circuit 116, a current. A transformer 117, a voltage measurement line 118, and a load fluctuation detection means feedback circuit 119 are provided. The resistance detection device 140 includes an A / D converter 143, a computing unit (CPU) 144, a heater manufacturing reference table 145, a heater temperature coefficient table 146, a DO output means 147, and a communication interface (I / F) 148. I have.
交流電源101は、例えば周波数50/60Hz、AC200Vの単相の商用電源である。交流電源101は、受電用端子台102に連結されており、抵抗加熱ヒータ106に対して交流電力を供給する。受電用端子台102は、交流電源101からの電力を抵抗加熱ヒータ106側へ渡す端子で構成されたものである。抵抗加熱ヒータ106は、ニケイ化モリブデン、炭化珪素、カーボン、鉄−クロム−アルミ系合金、またはニッケル−クロム系合金から選択される発熱体である。 The AC power supply 101 is a single-phase commercial power supply having a frequency of 50/60 Hz and an AC of 200 V, for example. The AC power supply 101 is connected to the power receiving terminal block 102 and supplies AC power to the resistance heater 106. The power receiving terminal block 102 is configured by a terminal that passes power from the AC power supply 101 to the resistance heater 106 side. The resistance heater 106 is a heating element selected from molybdenum disilicide, silicon carbide, carbon, iron-chromium-aluminum alloy, or nickel-chromium alloy.
受電用端子台102には、保護用ブレーカ103が接続され、さらに電源トランス104が接続されている。交流電源101から供給される電力は、受電用端子台102に受電された後に、保護用ブレーカ103を介して電源トランス104に供給される。 A power breaker 103 is connected to the power receiving terminal block 102, and a power transformer 104 is further connected. The power supplied from the AC power supply 101 is received by the power receiving terminal block 102 and then supplied to the power transformer 104 through the protective breaker 103.
保護用ブレーカ103は、抵抗加熱ヒータ106に過度の電力が供給されることを防止するためのものであり、通常時は交流電源101と抵抗加熱ヒータ106とを導通状態にしており、抵抗加熱ヒータ106に過度の電力が供給されそうなときには交流電源101と抵抗加熱ヒータ106との導通を遮断する。 The protective breaker 103 is for preventing excessive electric power from being supplied to the resistance heater 106, and normally the AC power source 101 and the resistance heater 106 are in a conductive state. When excessive power is likely to be supplied to 106, conduction between AC power supply 101 and resistance heater 106 is interrupted.
電源トランス104は、交流電源101の交流電圧を、抵抗加熱ヒータ106で使用可能な電圧に変換するものである。電源トランス104で変圧された電力は、入力側フィルタ回路111を介して、周波数変換回路115が制御するIGBT変換器112へ供給され、さらに出力側フィルタ回路116を介して分配用端子台105に接続された抵抗加熱
ヒータ106に供給される。なお、電源トランス104は、抵抗加熱ヒータ106の仕様によっては使用されない場合もある。
The power transformer 104 converts the AC voltage of the AC power source 101 into a voltage that can be used by the resistance heater 106. The power transformed by the power transformer 104 is supplied to the IGBT converter 112 controlled by the frequency conversion circuit 115 via the input side filter circuit 111 and further connected to the distribution terminal block 105 via the output side filter circuit 116. The resistance heater 106 is supplied. Note that the power transformer 104 may not be used depending on the specifications of the resistance heater 106.
供給電力調節器110は、高速スイッチング動作する変換器の出力を抵抗加熱ヒータ106に電力として供給するものであり、その変換器のデバイスには、高速スイッチング電力制御用素子であるIGBT(Insulated−Gate Bipolar Transistor/絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)が用いられている。供給電力調節器110は、交流電圧をIGBT変換器112で直接スイッチングしてパルス幅変調した交流電圧を抵抗加熱ヒータ106に印加する。供給電力調節器110が抵抗加熱ヒータ106に印加する交流電圧の波形は、図4の(e)電圧波形Cまたは(i)電圧波形Cに示す歪みのない正弦波波形となる。そのため、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電圧には、図10に示す無効電力期間Bが存在しない。 The supply power regulator 110 supplies the output of the converter that performs high-speed switching operation to the resistance heater 106 as electric power, and the converter device includes an IGBT (Insulated-Gate) that is an element for controlling high-speed switching power. Bipolar transistor / insulated gate bipolar transistor) is used. The supplied power adjuster 110 applies an AC voltage obtained by switching the AC voltage directly by the IGBT converter 112 and performing pulse width modulation to the resistance heater 106. The waveform of the AC voltage applied to the resistance heater 106 by the supply power regulator 110 is a sine wave waveform without distortion shown in (e) voltage waveform C or (i) voltage waveform C of FIG. Therefore, the reactive power period B shown in FIG. 10 does not exist in the AC voltage applied to the resistance heater 106.
熱電対131は、炉107内の温度を測定して温度調整用調節計130に出力するものであり、抵抗加熱ヒータ106の測定温度を炉107の設定温度に一致させるためのものである。また、熱電対131は、縦型炉である炉107内に設置されており、炉107内で生じた熱起電力をその炉内温度を示すデータとして温度調整用調節計130に出力する。一般的に、熱電対131は、抵抗加熱ヒータ106の近傍に設置されている。 The thermocouple 131 measures the temperature in the furnace 107 and outputs it to the temperature adjustment controller 130, and is for making the measured temperature of the resistance heater 106 coincide with the set temperature of the furnace 107. The thermocouple 131 is installed in a furnace 107 that is a vertical furnace, and outputs the thermoelectromotive force generated in the furnace 107 to the temperature adjustment controller 130 as data indicating the temperature in the furnace. In general, the thermocouple 131 is installed in the vicinity of the resistance heater 106.
熱電対141は、抵抗加熱ヒータ106の温度を測定して抵抗加熱ヒータ106の劣化診断を実施するためのものである。熱電対141は、抵抗加熱ヒータ106の近傍に設置されており、抵抗加熱ヒータ106の発熱によって生じた熱起電力を抵抗加熱ヒータ106の温度を示すデータとして抵抗検出装置140に出力する。なお、熱電対141は、熱電対131と同様の素材で構成され、同様に炉107内温度を示すデータとして温度調整用調節計130にも出力されるように構成されてもよい。 The thermocouple 141 is for measuring the temperature of the resistance heater 106 and performing a deterioration diagnosis of the resistance heater 106. The thermocouple 141 is installed in the vicinity of the resistance heater 106, and outputs the thermoelectromotive force generated by the heat generated by the resistance heater 106 to the resistance detector 140 as data indicating the temperature of the resistance heater 106. The thermocouple 141 may be configured of the same material as the thermocouple 131 and may be configured to be output to the temperature adjustment controller 130 as data indicating the temperature in the furnace 107 as well.
カレントトランス142は、抵抗加熱ヒータ106に流れる電流を測定して電気信号に変換し、その電気信号を抵抗検出装置140に出力するものである。なお、カレントトランス142は、負荷変動を精度良く測定するために、分配用端子台105よりも抵抗加熱ヒータ106側に設置されることが好ましい。 The current transformer 142 measures the current flowing through the resistance heater 106 and converts it into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the resistance detection device 140. The current transformer 142 is preferably installed closer to the resistance heater 106 than the distribution terminal block 105 in order to accurately measure load fluctuations.
温度調整用調節計130は、熱電対131の熱起電力に対応する温度と予め設定している抵抗加熱ヒータ106の設定温度とに基づいて、IGBT変換器112のオン/オフを制御するためのフィードバック制御信号を周波数変換回路115に出力する。また、温度調整用調節計130は、熱電対131の熱起電力に対応する温度や前記フィードバック制御信号を通信インターフェイス148を介して図示しない上位の管理装置等へ送信したりする。具体的には、温度調整用調節計130は、熱電対131による炉107の炉内測定温度とその設定温度との温度差(温度変動)を算出し、この温度変動に応じて、抵抗加熱ヒータ106に供給すべき電力量を演算し、周波数変換回路115に演算結果をフィードバック制御信号として出力する。また、温度調整用調節計130は、温度異常を検出した時には、通信インターフェイス148を介して上位の管理装置等にアラームを出力する。本実施形態では、図1で示したように熱電対131が検出する温度に基づいて温度調整用調節計130による温度制御が行われているが、図示しないものの熱電対141でも代用できる。 The temperature adjustment controller 130 controls on / off of the IGBT converter 112 based on the temperature corresponding to the thermoelectromotive force of the thermocouple 131 and the preset temperature of the resistance heater 106. The feedback control signal is output to the frequency conversion circuit 115. Further, the temperature adjustment controller 130 transmits the temperature corresponding to the thermoelectromotive force of the thermocouple 131 and the feedback control signal to a not-shown upper management device or the like via the communication interface 148. Specifically, the temperature adjustment controller 130 calculates the temperature difference (temperature fluctuation) between the temperature measured in the furnace 107 of the furnace 107 by the thermocouple 131 and the set temperature thereof, and the resistance heater according to the temperature fluctuation. The amount of power to be supplied to 106 is calculated, and the calculation result is output to the frequency conversion circuit 115 as a feedback control signal. Further, the temperature adjustment controller 130 outputs an alarm to the upper management device or the like via the communication interface 148 when detecting a temperature abnormality. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the temperature control is performed by the temperature adjustment controller 130 based on the temperature detected by the thermocouple 131, but a thermocouple 141 (not shown) can be substituted.
A/D変換器143は、電圧測定ライン128による抵抗加熱ヒータ106に印加されている交流電圧の測定値を変換して、またカレントトランス142による測定電流値を変換して、また熱電対141からの温度測定値を変換して、演算器144へ出力するものである。 The A / D converter 143 converts the measurement value of the AC voltage applied to the resistance heater 106 by the voltage measurement line 128, converts the measurement current value by the current transformer 142, and outputs from the thermocouple 141. The measured temperature value is converted and output to the computing unit 144.
ヒータ温度係数テーブル146は、劣化診断のための診断基準データすなわち抵抗加熱ヒータ106の抵抗温度係数、抵抗加熱ヒータ106の長さ、及び抵抗加熱ヒータ106の断面積等のデータを一組で格納しているメモリである。 The heater temperature coefficient table 146 stores diagnosis reference data for deterioration diagnosis, that is, data such as the resistance temperature coefficient of the resistance heater 106, the length of the resistance heater 106, and the cross-sectional area of the resistance heater 106 as a set. Is memory.
ヒータ製作時基準テーブル145は、抵抗加熱ヒータ106の作製時(初回使用時)における抵抗加熱ヒータ106の温度及び抵抗値の実測データを一組で格納しているメモリである。ヒータ製作時基準テーブル145は、抵抗加熱ヒータ106の初回使用時において、A/D変換器143からの出力に基づいて演算器144が算出した抵抗加熱ヒータ106の抵抗値(実測初期抵抗値)をその測定時の温度と関連付けて格納している。 The heater manufacturing reference table 145 is a memory that stores a set of actual measurement data of the temperature and resistance value of the resistance heater 106 when the resistance heater 106 is manufactured (first time use). The heater manufacturing reference table 145 shows the resistance value (actually measured initial resistance value) of the resistance heater 106 calculated by the computing unit 144 based on the output from the A / D converter 143 when the resistance heater 106 is used for the first time. It is stored in association with the temperature at the time of measurement.
つまり、ヒータ温度係数テーブル146は、抵抗加熱ヒータ106の理論抵抗値を算出するときに使用するデータを格納したメモリであり、一方でヒータ製作時基準テーブル145は、抵抗加熱ヒータ106の抵抗値と温度の初期値(実測初期値)を格納したメモリである。したがって、ヒータ製作時基準テーブル145とヒータ温度係数テーブル146は、どちらも同質のデータを格納しているため、演算器144が抵抗加熱ヒータ106の劣化診断を実施する際には、択一的に使用される。 In other words, the heater temperature coefficient table 146 is a memory that stores data used when calculating the theoretical resistance value of the resistance heater 106, while the heater manufacturing reference table 145 includes the resistance value of the resistance heater 106. It is a memory storing an initial value of temperature (actually measured initial value). Therefore, since both the heater manufacturing reference table 145 and the heater temperature coefficient table 146 store the same data, when the computing unit 144 performs the deterioration diagnosis of the resistance heater 106, it is alternatively. used.
演算器144は、A/D変換器143で変換されたデジタル信号に基づいて抵抗加熱ヒータ106の抵抗値(実測抵抗値)を随時算出する。また、演算器144は、ヒータ製作時基準テーブル145にアクセスして熱電対141による測定温度に関連付けられた抵抗加熱ヒータ106の実測初期抵抗値を取得するか、あるいはヒータ温度係数テーブル146にアクセスしてそこに格納されているデータを取得し、取得したデータを用いて熱電対141による測定温度に対応する抵抗加熱ヒータ106の理論抵抗値を算出する。そして、演算器144は、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値と前記実測初期抵抗値または前記理論抵抗値とを比較する。そして、演算器144は、その比較結果を通信インターフェイス148を介して上位の管理装置等に送信するとともに、その比較結果が所定の条件を満たしたときには、抵抗加熱ヒータ106が断線する可能性が高いと判断して、DO出力手段147にアラームを発信するように命令する。本実施形態では、図1で示したように、熱電対141が検出する温度に基づいて抵抗検出装置140による温度制御が行われているが、図示しないものの熱電対131でも代用できる。 The computing unit 144 calculates the resistance value (measured resistance value) of the resistance heater 106 as needed based on the digital signal converted by the A / D converter 143. Further, the computing unit 144 accesses the heater manufacturing reference table 145 to acquire the actual measured initial resistance value of the resistance heater 106 associated with the temperature measured by the thermocouple 141, or accesses the heater temperature coefficient table 146. The data stored there is obtained, and the theoretical resistance value of the resistance heater 106 corresponding to the temperature measured by the thermocouple 141 is calculated using the obtained data. Then, the computing unit 144 compares the measured resistance value of the resistance heater 106 with the measured initial resistance value or the theoretical resistance value. The computing unit 144 transmits the comparison result to a higher-level management device or the like via the communication interface 148, and when the comparison result satisfies a predetermined condition, the resistance heater 106 is likely to be disconnected. And instructing the DO output means 147 to send an alarm. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the temperature control by the resistance detection device 140 is performed based on the temperature detected by the thermocouple 141, but a thermocouple 131 (not shown) can be substituted.
DO出力手段147は、演算器144からの命令に従って抵抗加熱ヒータ106を交換するように報知するアラーム、例えば警告音を出力する。通信インターフェイス148は、演算器144及び温度調整用調節計130と上位の管理装置等とを接続するインターフェイスである。 The DO output means 147 outputs an alarm, for example, a warning sound for notifying the replacement of the resistance heater 106 in accordance with a command from the computing unit 144. The communication interface 148 is an interface that connects the computing unit 144 and the temperature adjustment controller 130 to a higher-level management device or the like.
次に、図2を参照しながら、入力側フィルタ回路111、出力側フィルタ回路116、及びIGBT変換器112の構成、機能、及び動作について説明する。 Next, the configuration, function, and operation of the input side filter circuit 111, the output side filter circuit 116, and the IGBT converter 112 will be described with reference to FIG.
入力側フィルタ回路111は、フィルタ方式にLCを用いたローパスフィルタであり、フィルタ要素がCLCの順に配置されているものである。コイルLは、入力ライン及びコモンラインにL1−1とL1−2とに分割されて挿入されている。なお、LCの前のコンデンサC1−1は、交流電源の正弦波波形に乗った高調波ノイズを除去することと損失低減とを目的として設置されたものであって、非常に小さな容量のコンデンサであることが望ましい。ローパスフィルタの遮断周波数は、交流電源の正弦波波形や高調波ノイズの観点からスイッチング周波数(IGBTが1秒間にON/OFFする回数で本実施形態では20KHzとする)の1/10〜1/40(500Hz〜2KHz)に設定されている。したがって、入力側フィルタ回路111は、高調波ノイズを遮断して目的とする商用周波数(50または60Hz)程度の交流電力を確実に抵抗加熱ヒータ106に供給することができる。また、入力側フィルタ回路111は、IGBT変換器112を高速・高周波で
スイッチング動作させることによって発生する電磁ノイズを抑制する。つまり、入力側フィルタ回路111は、交流電源101側につながるIGBT変換器112の入力ラインに電磁ノイズが誘導されることを抑制し、交流電源101にノイズ障害が発生することを防止できる。
The input side filter circuit 111 is a low-pass filter using LC as a filter system, and filter elements are arranged in the order of CLC. The coil L is divided into an input line and a common line and is inserted into L1-1 and L1-2. The capacitor C1-1 before the LC is installed for the purpose of removing harmonic noise riding on the sine wave waveform of the AC power supply and reducing loss, and is a capacitor with a very small capacity. It is desirable to be. The cut-off frequency of the low-pass filter is 1/10 to 1/40 of the switching frequency (the number of times the IGBT is turned on / off in one second and 20 kHz in this embodiment) from the viewpoint of the sine wave waveform and harmonic noise of the AC power supply. (500 Hz to 2 KHz). Therefore, the input side filter circuit 111 can cut off the harmonic noise and reliably supply the AC power of the target commercial frequency (50 or 60 Hz) to the resistance heater 106. The input-side filter circuit 111 suppresses electromagnetic noise generated by switching the IGBT converter 112 at high speed and high frequency. That is, the input-side filter circuit 111 can suppress induction of electromagnetic noise in the input line of the IGBT converter 112 connected to the AC power supply 101 side, and can prevent noise disturbance from occurring in the AC power supply 101.
出力側フィルタ回路116は、入力側フィルタ回路111と同様に、フィルタ方式にLCを用いたローパスフィルタであり、フィルタ要素がLCCの順に配置されているものである。コイルLは、出力ライン及びコモンラインにL2−1とL2−2とに分割されて挿入されている。なお、LCの後のコンデンサC2−2は、入力側フィルタ回路111で説明したように、交流電源の正弦波波形に乗った高調波ノイズを除去するためのコンデンサである。さらに、このローパスフィルタの遮断周波数も同様に500Hz〜2kHzである。出力側フィルタ回路116は、IGBT変換器112でスイッチングして得た出力をスムージング(平滑化)するとともに、出力中に含まれる高調波ノイズを有効に除去する。 The output side filter circuit 116 is a low-pass filter using LC as a filter system, similarly to the input side filter circuit 111, and has filter elements arranged in the order of LCC. The coil L is inserted into the output line and the common line by being divided into L2-1 and L2-2. The capacitor C2-2 after the LC is a capacitor for removing harmonic noise riding on the sine wave waveform of the AC power supply, as described in the input-side filter circuit 111. Further, the cutoff frequency of this low-pass filter is similarly 500 Hz to 2 kHz. The output side filter circuit 116 smoothes (smooths) the output obtained by switching by the IGBT converter 112 and effectively removes harmonic noise contained in the output.
IGBT変換器112は、電力用IGBT変換器112aと回生用IGBT変換器112bとを備えている。IGBT変換器112は、正の電圧・電流と負の電圧・電流の波形のスイッチングを別々に行うタブラアーム型である。電力用IGBT変換器112aは、高速整流回路FRD1と、IGBT2を有するチョッパー部と、から構成されている。チョッパー部は、チョッパー部PWM(Pulse Width Modulation/パルス幅変調)信号が加えられる上アームと下アームを備えている。回生用IGBT変換器112bは、IGBT3と高速整流回路FRD2を備えている。IGBT2は、交流電力を高速・高周波の基本キャリア周波数で直接スイッチする。例えば、PWM方式によるスイッチのタイミングは供給元の交流電圧のゼロクロス点であり、そのゼロクロス点を基準に制御信号(PWM信号)が合わされる。そして、IGBT変換器112は、合わせたキャリア周波数で交流電源101の交流電圧をスイッチしてパルス幅変調波を得て、これを出力側フィルタ回路116を介して抵抗加熱ヒータ106に印加する。なお、IGBT変換器112は、交流電圧の周波数を周波数制御方式で略連続的に変化させることもできる。一般に、誘導電動機等、周波数で回転速度を制御する装置等には、周波数可変幅と誘導電動機等に印加される電圧を制御し、電動機の始動時スリップを改善する安定した回転を得る方法が用いられる。本発明では、抵抗付加が制御対象であるため、パルス幅制御を用いている。 The IGBT converter 112 includes a power IGBT converter 112a and a regeneration IGBT converter 112b. The IGBT converter 112 is a tabular arm type that separately performs switching of a positive voltage / current waveform and a negative voltage / current waveform. The power IGBT converter 112a is composed of a high-speed rectifier circuit FRD1 and a chopper section having an IGBT2. The chopper section includes an upper arm and a lower arm to which a chopper section PWM (Pulse Width Modulation / pulse width modulation) signal is applied. The regenerative IGBT converter 112b includes an IGBT 3 and a high-speed rectifier circuit FRD2. The IGBT 2 switches AC power directly at a high-speed and high-frequency basic carrier frequency. For example, the switch timing by the PWM system is the zero cross point of the AC voltage of the supply source, and the control signal (PWM signal) is matched with the zero cross point as a reference. Then, the IGBT converter 112 switches the AC voltage of the AC power supply 101 with the combined carrier frequency to obtain a pulse width modulated wave, and applies this to the resistance heater 106 via the output side filter circuit 116. The IGBT converter 112 can also change the frequency of the AC voltage substantially continuously using a frequency control method. In general, devices that control the rotational speed by frequency, such as induction motors, use a method that obtains stable rotation that improves the slip at the start of the motor by controlling the frequency variable width and the voltage applied to the induction motor, etc. It is done. In the present invention, since resistance addition is a control target, pulse width control is used.
次に、図3を参照しながら、電源変動検出手段フィードフォワード回路114、周波数変換回路115、負荷変動検出手段フィードバック回路119、及び温度調整用調節計130の構成、機能、及び動作について説明する。 Next, the configuration, function, and operation of the power supply fluctuation detection means feedforward circuit 114, the frequency conversion circuit 115, the load fluctuation detection means feedback circuit 119, and the temperature adjustment controller 130 will be described with reference to FIG.
電源変動検出手段フィードフォワード回路114は、入力側フィルタ回路111から出力される交流電圧の変動を検出して、その変動に応じたフィードフォワード制御信号を周波数変換回路115に出力する。電源変動検出手段フィードフォワード回路114は、入力側フィルタ回路111から出力された交流電流を測定するカレントトランス113と、入力側フィルタ回路111の出力線間電圧を測定する電圧測定ライン123と、を備えている。電源変動検出手段フィードフォワード回路114は、交流電源の電源変動を検出するために、カレントトランス113による実測電流値と設定電流との差、ならびに電圧測定ライン123による実測電圧値と設定電圧との差を求める。これらの差の積(電力)が電源変動となる。この電源変動がフィードフォワード制御信号として周波数変換回路115に入力される。 The power fluctuation detection means feedforward circuit 114 detects the fluctuation of the AC voltage output from the input side filter circuit 111 and outputs a feedforward control signal corresponding to the fluctuation to the frequency conversion circuit 115. The power fluctuation detection means feedforward circuit 114 includes a current transformer 113 that measures the alternating current output from the input side filter circuit 111 and a voltage measurement line 123 that measures the output line voltage of the input side filter circuit 111. ing. The power supply fluctuation detection means feedforward circuit 114 detects the power supply fluctuation of the AC power supply, and the difference between the measured current value by the current transformer 113 and the set current and the difference between the measured voltage value by the voltage measurement line 123 and the set voltage. Ask for. The product (electric power) of these differences is the power supply fluctuation. This power supply fluctuation is input to the frequency conversion circuit 115 as a feedforward control signal.
負荷変動検出手段フィードバック回路119は、抵抗加熱ヒータ106に供給される交流電力の変動を検出して、その変動に応じたフィードバック信号を周波数変換回路115
に出力する。負荷変動検出手段フィードバック回路119は、出力側フィルタ回路116の出力線間電圧を測定する電圧測定ライン118と、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電流を測定するカレントトランス117と、に接続されている。負荷変動検出手段フィードバック回路119は、電圧測定ライン118による実測電圧値と設定電圧との差及びカレントトランス117による実測電流値と設定電流との差を求める。これらの差の積(電力)が負荷変動となる。この負荷変動が周波数変換回路115にフィードバック制御信号として入力される。
The load fluctuation detecting means feedback circuit 119 detects fluctuations in the AC power supplied to the resistance heater 106 and outputs a feedback signal corresponding to the fluctuations to the frequency conversion circuit 115.
Output to. The load fluctuation detection means feedback circuit 119 is connected to a voltage measurement line 118 for measuring the output line voltage of the output side filter circuit 116 and a current transformer 117 for measuring an alternating current applied to the resistance heater 106. Yes. The load fluctuation detecting means feedback circuit 119 obtains the difference between the actually measured voltage value by the voltage measuring line 118 and the set voltage and the difference between the actually measured current value by the current transformer 117 and the set current. The product (electric power) of these differences becomes the load fluctuation. This load fluctuation is input to the frequency conversion circuit 115 as a feedback control signal.
周波数変換回路115は、前記温度変動、前記電源変動、及び前記負荷変動に応じて、IGBT変換器112をパルス幅変調方式で制御する。具体的には、周波数変換回路115は、電源変動検出手段フィードフォワード回路114から出力されたフィードフォワード制御信号、負荷変動検出手段フィードバック回路119から出力されたフィードバック制御信号、及び温度調整用調節計130から出力されたフィードバック制御信号に基づいて、抵抗加熱ヒータ106に供給するべき電力量(目標電力量)を算出する。次いで、周波数変換回路115は、IGBT変換器112から出力される交流電圧の波高値がこの目標電力量に応じた値となるように、IGBT変換器112で使用されるパルス幅変調方式におけるデューティ比を調節する。次いで、周波数変換回路115は、調節後のデューティ比を含むゲート制御信号を、IGBT変換器112を構成する各IGBTのゲートに入力する。なお、周波数変換回路115は、IGBT変換器112が周波数制御方式によって交流電圧の波高値を制御する場合には、前記目標電力量に対応する周波数を含むゲート制御信号をIGBT変換器112に入力する。 The frequency conversion circuit 115 controls the IGBT converter 112 by a pulse width modulation method according to the temperature variation, the power source variation, and the load variation. Specifically, the frequency conversion circuit 115 includes a feedforward control signal output from the power fluctuation detection means feedforward circuit 114, a feedback control signal output from the load fluctuation detection means feedback circuit 119, and a temperature adjustment controller 130. Based on the feedback control signal output from, the amount of power (target power amount) to be supplied to the resistance heater 106 is calculated. Next, the frequency conversion circuit 115 determines the duty ratio in the pulse width modulation method used in the IGBT converter 112 so that the peak value of the AC voltage output from the IGBT converter 112 becomes a value corresponding to the target electric energy. Adjust. Next, the frequency conversion circuit 115 inputs a gate control signal including the adjusted duty ratio to the gates of the IGBTs constituting the IGBT converter 112. Note that the frequency conversion circuit 115 inputs a gate control signal including a frequency corresponding to the target power amount to the IGBT converter 112 when the IGBT converter 112 controls the peak value of the AC voltage by the frequency control method. .
また、電力供給システム100における抵抗加熱ヒータ106の実測可能な抵抗値は、従来の電力供給システム10における抵抗加熱ヒータ5の実測可能な抵抗値よりも小さくなる。つまり、電力供給システム100によれば、IGBT変換器112から歪みのない正弦波波形の交流電圧が出力されるため、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値のゆらぎが小さくなるからである。さらに、小さい抵抗値でも実測できるようになるほど、実測抵抗値のゆらぎが低減されるので、抵抗加熱ヒータ106の劣化に起因する実測抵抗値の瞬間的な変化が検出できるようになる。 In addition, the resistance value that can be actually measured for the resistance heater 106 in the power supply system 100 is smaller than the resistance value that can be actually measured for the resistance heater 5 in the conventional power supply system 10. That is, according to the power supply system 100, since an AC voltage having a sine wave waveform without distortion is output from the IGBT converter 112, fluctuations in the actually measured resistance value of the resistance heater 106 are reduced. Furthermore, since the fluctuation of the measured resistance value is reduced as the resistance value can be measured even with a small resistance value, an instantaneous change in the actually measured resistance value due to the deterioration of the resistance heater 106 can be detected.
また、温度調整用調節計130及び周波数変換回路115は、次のようにして抵抗加熱ヒータ106の温度が設定温度となるように制御する。 Further, the temperature adjustment controller 130 and the frequency conversion circuit 115 control the temperature of the resistance heater 106 to be the set temperature as follows.
温度調整用調節計130は、炉107内の測定温度とその設定温度との温度差を求め、この温度差に応じて、抵抗加熱ヒータ106に供給すべき電力量を演算し、周波数変換回路115に演算結果を出力する。周波数変換回路115は、温度調整用調節計130からの出力値に応じたデューティ比を持つゲート制御信号をIGBT変換器112に入力する。IGBT変換器112は、入力側フィルタ回路111から出力された交流電圧の波高値を、周波数変換回路115からのゲート制御信号に応じたディーティ比を用いて制御し、波高値が制御された交流電圧を出力側フィルタ回路116を介して抵抗加熱ヒータ106に印加する。そして、波高値が制御された交流電圧が抵抗加熱ヒータ106に印加されることにより、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電流が変化して抵抗加熱ヒータ106の温度が変化する。 The temperature adjustment controller 130 calculates the temperature difference between the measured temperature in the furnace 107 and the set temperature, calculates the amount of electric power to be supplied to the resistance heater 106 according to this temperature difference, and the frequency conversion circuit 115. The operation result is output to. The frequency conversion circuit 115 inputs a gate control signal having a duty ratio corresponding to the output value from the temperature adjustment controller 130 to the IGBT converter 112. The IGBT converter 112 controls the peak value of the AC voltage output from the input side filter circuit 111 using a duty ratio corresponding to the gate control signal from the frequency conversion circuit 115, and the AC voltage whose peak value is controlled. Is applied to the resistance heater 106 via the output side filter circuit 116. Then, by applying an AC voltage whose peak value is controlled to the resistance heater 106, the AC current applied to the resistance heater 106 changes, and the temperature of the resistance heater 106 changes.
このように、温度調整用調節計130と周波数変換回路115の間では、温度変動の検出→制御演算→出力値の出力→温度の変化→温度変動の検出→・・・という閉じたループにより、フィードバック制御が行われる。したがって、電力供給システム100によれば、炉107の温度を検出してから、温度調整用調節計130及び周波数変換回路115によって抵抗加熱ヒータ106に供給する目標電力量が設定されるため、良好なフィードバック制御が可能になる。さらに、電力供給システム100によれば、抵抗加熱ヒータ10
6の温度変動が補正されて抵抗加熱ヒータ106に安定した交流電圧が印加されるため、抵抗加熱ヒータ106の温度を一定に保持することができる。
Thus, between the temperature adjustment controller 130 and the frequency conversion circuit 115, a closed loop of temperature fluctuation detection → control calculation → output of output value → temperature change → temperature fluctuation detection →. Feedback control is performed. Therefore, according to the power supply system 100, since the temperature of the furnace 107 is detected, the target power amount to be supplied to the resistance heater 106 is set by the temperature adjustment controller 130 and the frequency conversion circuit 115. Feedback control is possible. Furthermore, according to the power supply system 100, the resistance heater 10
6 is corrected, and a stable AC voltage is applied to the resistance heater 106. Therefore, the temperature of the resistance heater 106 can be kept constant.
抵抗加熱ヒータ106の温度が良好にフィードバック制御されている時に、交流電源101の交流電圧が変動すると、この変動は入力側フィルタ回路111の出力に電源変動となって現れる。この電源変動は、カレントトランス113と電圧測定ライン123によって測定され、電源変動検出手段フィードフォワード回路114で検出される。そして、この電源変動を検出した電源変動検出手段フィードフォワード回路114は、その電源変動に応じたフィードフォワード制御信号を周波数変換回路115に出力する。このフィードフォワード制御信号を入力された周波数変換回路115は、このフィードフォワード制御信号に従って、実測電力量と目標電力量との差に応じたデューティ比を含むゲート制御信号をIGBT変換器112に出力する。このような一連のフィードフォワード制御により、交流電源101に起因する電源変動が補正されて、抵抗加熱ヒータ106に安定した電力が供給されるようになる。また、このフィードフォワード制御により、入力側フィルタ回路111から熱電対131までの応答特性が改善される。 If the AC voltage of the AC power supply 101 fluctuates when the temperature of the resistance heater 106 is favorably feedback controlled, this fluctuation appears as a power fluctuation in the output of the input side filter circuit 111. This power fluctuation is measured by the current transformer 113 and the voltage measurement line 123 and detected by the power fluctuation detecting means feedforward circuit 114. The power fluctuation detection means feedforward circuit 114 that has detected the power fluctuation outputs a feedforward control signal corresponding to the power fluctuation to the frequency conversion circuit 115. The frequency conversion circuit 115 to which this feedforward control signal is input outputs a gate control signal including a duty ratio according to the difference between the actually measured power amount and the target power amount to the IGBT converter 112 according to this feedforward control signal. . By such a series of feedforward controls, the power supply fluctuation caused by the AC power supply 101 is corrected, and stable electric power is supplied to the resistance heater 106. Further, the response characteristic from the input side filter circuit 111 to the thermocouple 131 is improved by this feedforward control.
また、炉107の温度が良好にフィードバック制御されている時に、抵抗加熱ヒータ106に外乱(例えば外気が当たる等)が生じたり、抵抗加熱ヒータ106の性質が多少変化したりすると、それはIGBT変換器112の抵抗値の変動または抵抗加熱ヒータ106に提供される電力量の変動(負荷変動)として現れる。すなわち、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電圧及び交流電流が変動する。この負荷変動は、カレントトランス117と電圧測定ライン118で測定され、負荷変動検出手段フィードバック回路119によって検出される。負荷変動検出手段フィードバック回路119から、負荷変動に応じたフィードバック制御信号が周波数変換回路115に入力される。周波数変換回路115は、このフィードバック制御信号に従って、実測電力量と設定電力量との差に応じたデューティ比を含むゲート制御信号をIGBT変換器112に出力する。このゲート制御信号がIGBT変換器112に入力されることにより、負荷変動に基づくフィードバック制御が実施されることになる。したがって、電力供給システム100によれば、負荷変動が補正されることにより、抵抗加熱ヒータ106への安定した電力供給が可能になる。 In addition, when the temperature of the furnace 107 is favorably feedback-controlled, if a disturbance (for example, hitting the outside air) occurs in the resistance heater 106 or the property of the resistance heater 106 changes slightly, it is an IGBT converter. It appears as a change in resistance value 112 or a change in the amount of electric power provided to the resistance heater 106 (load change). That is, the AC voltage and AC current applied to the resistance heater 106 vary. This load fluctuation is measured by the current transformer 117 and the voltage measurement line 118, and is detected by the load fluctuation detecting means feedback circuit 119. A feedback control signal corresponding to the load fluctuation is input from the load fluctuation detecting means feedback circuit 119 to the frequency conversion circuit 115. The frequency conversion circuit 115 outputs a gate control signal including a duty ratio corresponding to the difference between the actually measured power amount and the set power amount to the IGBT converter 112 according to the feedback control signal. By inputting this gate control signal to the IGBT converter 112, feedback control based on load fluctuation is performed. Therefore, according to the power supply system 100, stable power supply to the resistance heater 106 becomes possible by correcting the load fluctuation.
このような負荷変動制御は、外乱→ヒータ温度変化→熱電対検出の3ステップを経る温度変動制御と比べて、外乱→電力変動検出と2ステップであり、熱電対検出のステップが省略できるため、応答特性が速い。 Such load fluctuation control has two steps, disturbance → power fluctuation detection, compared to temperature fluctuation control through three steps of disturbance → heater temperature change → thermocouple detection, and the thermocouple detection step can be omitted. Fast response characteristics.
次に、図3を適宜参照しながら、周波数変換回路115が、前記電源変動に基づくフィードフォワード制御信号と、前記負荷変動に基づくフィードバック制御信号と、温度変動に基づくフィードバック制御信号と、を入力されて、IGBT変換器112にゲート制御信号を出力する際の制御処理について、より具体的に説明する。 Next, referring to FIG. 3 as appropriate, the frequency conversion circuit 115 receives the feedforward control signal based on the power supply fluctuation, the feedback control signal based on the load fluctuation, and the feedback control signal based on the temperature fluctuation. The control process when outputting the gate control signal to the IGBT converter 112 will be described more specifically.
電源変動検出手段フィードフォワード回路114は、カレントトランス113による実測電流値及び電圧測定ライン123による実測電圧値を、実効値(RMS)からAC/DC変換器114a、114bでそれぞれDC変換し、演算器114cで電流(DC)×電圧(DC)=一次側電力を計算して、これを一次側電源変動フィードバック信号FB1として周波数変換回路115に入力する。 The power fluctuation detection means feedforward circuit 114 DC converts the measured current value by the current transformer 113 and the measured voltage value by the voltage measurement line 123 from the effective value (RMS) by the AC / DC converters 114a and 114b, respectively. In 114c, current (DC) × voltage (DC) = primary side power is calculated and input to the frequency conversion circuit 115 as a primary side power supply fluctuation feedback signal FB1.
負荷変動検出手段フィードバック回路119は、カレントトランス117による実測電流値及び電圧測定ライン118による実測電圧値を、実効値(RMS)からAC/DC変換器119a、119bでそれぞれDC変換し、演算器119cで電流(DC)×電圧(DC)=二次側電力を計算して、これを二次側負荷変動フィードバック信号FB2として周波数変換回路115に入力する。 The load fluctuation detecting means feedback circuit 119 DC converts the measured current value by the current transformer 117 and the measured voltage value by the voltage measurement line 118 from the effective value (RMS) by the AC / DC converters 119a and 119b, respectively, and the computing unit 119c. Current (DC) × voltage (DC) = secondary power is calculated and input to the frequency conversion circuit 115 as a secondary load fluctuation feedback signal FB2.
温度調整用調節計130は、炉107内の測定温度とその設定温度との温度差を求め、この温度差に応じて、抵抗加熱ヒータ106に供給すべき目標電力量を演算し、その演算結果を周波数変換回路115に入力する。 The temperature adjustment controller 130 calculates a temperature difference between the measured temperature in the furnace 107 and the set temperature, calculates a target power amount to be supplied to the resistance heater 106 according to the temperature difference, and calculates the result. Is input to the frequency conversion circuit 115.
周波数変換回路115は、内部に2個の電力ゲイン調整器115a、115bと、1個の電力設定ゲイン調整器115cと、を備え、個別に調整可能なアナログ演算またはCPU演算により、それぞれの信号レベルのレベル調整を行う。そして、レベル調整されたそれぞれの信号は、加算器115fに入力されて加算される。この加算もアナログ演算またはCPU演算によって行われる。 The frequency conversion circuit 115 includes two power gain adjusters 115a and 115b and one power setting gain adjuster 115c therein, and each signal level can be adjusted individually by analog calculation or CPU calculation. Adjust the level. Each level-adjusted signal is input to the adder 115f and added. This addition is also performed by analog calculation or CPU calculation.
上記のような構成において、周波数変換回路115に一次側電源変動フィードバック信号FB1及び二次側負荷変動フィードバック信号FB2がそれぞれ入力されると、一次側フィードバック電源変動信号FB1及び二次側負荷変動フィードバック信号FB2は、電力ゲイン調整器115a、115bでゲインが調整され、インバータ115d、115eによってそれぞれ負に反転されて加算器115fに入力される。そして、加算器115fでは、予め電力設定信号を出力するときのフィードバック信号FB1´(FB2´)とフィードバック信号FB1(FB2)が比較される。その差が電源変動(負荷変動)として、電力設定信号に加算される。 In the configuration as described above, when the primary power supply fluctuation feedback signal FB1 and the secondary load fluctuation feedback signal FB2 are input to the frequency conversion circuit 115, respectively, the primary feedback power fluctuation signal FB1 and the secondary load fluctuation feedback signal are input. The gain of FB2 is adjusted by the power gain adjusters 115a and 115b, inverted by inverters 115d and 115e, respectively, and input to the adder 115f. The adder 115f compares the feedback signal FB1 ′ (FB2 ′) and the feedback signal FB1 (FB2) when outputting the power setting signal in advance. The difference is added to the power setting signal as power supply fluctuation (load fluctuation).
温度調整用調節計130から周波数変換回路115に電力設定信号が入力されると、電力設定信号は、電力設定ゲイン調整器115cでゲインが調整されて加算器115fに入力される。周波数変換回路115は、電源変動または負荷変動が生じた場合、上記のようにゲイン調整した一次側電源変動フィードバック信号FB1及び二次側負荷変動フィードバック信号FB2の変動分を、加算器115f内で電力設定信号に加算して、最適な電力設定信号をゲート制御信号(IGBT周波数設定信号)として出力する。 When a power setting signal is input from the temperature adjustment controller 130 to the frequency conversion circuit 115, the power setting signal is input to the adder 115f after the gain is adjusted by the power setting gain adjuster 115c. When the power supply fluctuation or the load fluctuation occurs, the frequency conversion circuit 115 supplies the fluctuations of the primary-side power fluctuation feedback signal FB1 and the secondary-side load fluctuation feedback signal FB2 adjusted in gain as described above as power in the adder 115f. In addition to the setting signal, an optimum power setting signal is output as a gate control signal (IGBT frequency setting signal).
このように高速スイッチング電力制御用半導体変換器を構成する素子として高周波で大容量のIGBT変換器112を用いて、炉107の温度変動に対するフィードバック制御に、電源変動に対するフィードフォワード制御及び負荷変動に対するフィードバック制御を組み込んだため、電力供給システム100によれば、炉107の温度安定度、ならびに電源変動及び負荷変動に対する安定度を著しく改善することができ、さらに抵抗加熱ヒータ106の温度安定性を高めることもできる。 As described above, the high-frequency and large-capacity IGBT converter 112 is used as an element constituting the high-speed switching power control semiconductor converter, and the feedback control with respect to the temperature fluctuation of the furnace 107, the feedforward control with respect to the power fluctuation, and the feedback with respect to the load fluctuation Since the control is incorporated, according to the power supply system 100, the temperature stability of the furnace 107 and the stability against power supply fluctuation and load fluctuation can be remarkably improved, and further the temperature stability of the resistance heater 106 can be improved. You can also.
図4は、図2に示す供給電力調節器110の要部のスイッチング動作、並びに図2に示す各ポイント((a)〜(e)、(f)〜(i))での交流電圧の波形を示したものである。以下、図2及び図4を適宜参照しながら、IGBT変換器112の機能及び動作について詳述する。 4 shows the switching operation of the main part of the supply power regulator 110 shown in FIG. 2, and the waveform of the AC voltage at each point ((a) to (e), (f) to (i)) shown in FIG. Is shown. Hereinafter, the function and operation of the IGBT converter 112 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 4 as appropriate.
図2に示す端子台TB1に、図4の(a)電圧波形Aの波形を有する交流電圧が印加される。なお、アームを介して加えられるIGBT変換器112へのPWM信号(ゲート制御信号)の入力周波数は20KHz(50μsec)で固定されている。図2に示すIGBT2の上アーム及び下アームに、それぞれ図4の(b)及び(c)に示すチョッパー部PWM信号が加えられる。図2に示すIGBT変換器112の出力波形は、図4の(d)電圧波形Bである。これは、IGBT2がONの時(PWM信号が加えられている時)に限り交流電源101を通電させ、一方でIGBT2がOFFの時には交流電源101からの通電を遮断するからである。IGBT変換器112の出力波形は、出力側フィルタ回路116により平滑化される。この平滑化により、出力側フィルタ回路116から分配用端子台105を介して、図4の(e)電圧波形Cに示すような歪みのない正弦波波形を有する商用周波数の交流電圧が抵抗加熱ヒータ106に印加されるようになる。このように、
IGBT2のONの期間を変えることにより、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電圧の波高値を制御することができる。したがって、IGBT2に入力されるPWM信号のデューティ比を調節することにより、交流電源101の周波数を変えることなく、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電圧の波高値のみを0〜100%の範囲で制御することができる。
An AC voltage having the waveform of (a) voltage waveform A of FIG. 4 is applied to the terminal block TB1 shown in FIG. Note that the input frequency of the PWM signal (gate control signal) to the IGBT converter 112 applied via the arm is fixed at 20 KHz (50 μsec). The chopper part PWM signals shown in FIGS. 4B and 4C are respectively applied to the upper arm and the lower arm of the IGBT 2 shown in FIG. The output waveform of the IGBT converter 112 shown in FIG. 2 is (d) voltage waveform B in FIG. This is because the AC power supply 101 is energized only when the IGBT 2 is ON (when the PWM signal is applied), while the energization from the AC power supply 101 is interrupted when the IGBT 2 is OFF. The output waveform of the IGBT converter 112 is smoothed by the output side filter circuit 116. By this smoothing, an AC voltage having a commercial frequency having a sine wave waveform without distortion as shown in (e) voltage waveform C of FIG. 106 is applied. in this way,
The peak value of the AC voltage applied to the resistance heater 106 can be controlled by changing the ON period of the IGBT 2. Therefore, by adjusting the duty ratio of the PWM signal input to the IGBT 2, only the peak value of the AC voltage applied to the resistance heater 106 is changed in the range of 0 to 100% without changing the frequency of the AC power supply 101. Can be controlled.
なお、IGBT2の上アーム及び下アームに加えられるチョッパー部PWM信号のパルス幅を、図4の(f)及び(g)に示すように、上記の(b)及び(c)に示すパルス幅よりも広くした場合には、IGBT変換器112から出力される交流電圧の波形は、図4の(h)電圧波形Bに示す波形となる。さらに、図4の(h)電圧波形Bは出力側フィルタ回路116によって平滑化されるため、出力側フィルタ回路116に印加される交流電圧の波形は、図4の(i)電圧波形Cに示す正弦波波形となる。なお、図4の(i)電圧波形Cの波高値は、IGBT2に入力されたPWM信号のパルス幅の差を反映して、図4の(e)電力波形Cの波高値よりも大きくなっている。ちなみに、本発明の一実施形態では、IGBT変換器112内に組込んだIGBT2で交流電源101との通電を直接スイッチしているため、IGBT変換器112の入力側にダイオード全波整流回路が不要である。 Note that the pulse width of the chopper PWM signal applied to the upper arm and lower arm of the IGBT 2 is as shown in (f) and (g) of FIG. 4 from the pulse widths shown in (b) and (c) above. In this case, the waveform of the AC voltage output from the IGBT converter 112 is the waveform shown in (h) voltage waveform B of FIG. Further, since (h) voltage waveform B in FIG. 4 is smoothed by output-side filter circuit 116, the waveform of AC voltage applied to output-side filter circuit 116 is shown in (i) voltage waveform C in FIG. It becomes a sine wave waveform. Note that (i) the peak value of the voltage waveform C in FIG. 4 is larger than the peak value of the (e) power waveform C in FIG. 4 reflecting the difference in the pulse width of the PWM signal input to the IGBT 2. Yes. Incidentally, in one embodiment of the present invention, since the IGBT 2 incorporated in the IGBT converter 112 is directly switched to the AC power supply 101, no diode full-wave rectifier circuit is required on the input side of the IGBT converter 112. It is.
このIGBT変換器112を構成するスイッチング素子であるIGBT2は、電圧駆動のゲートを組み合わされたバイポーラパワートランジスタであり、ゲート駆動消費電力が少なく高速スイッチングに適している。また、高周波で動作する大容量の素子であり、オン電圧がMOSFET(SSR)より大幅に小さい。IGBT2は、無効電力を低減するために、高周波で制御されることが好ましい。 The IGBT 2 that is a switching element constituting the IGBT converter 112 is a bipolar power transistor combined with a voltage-driven gate, and has low gate drive power consumption and is suitable for high-speed switching. Further, it is a large-capacity element that operates at a high frequency, and its on-voltage is significantly smaller than that of a MOSFET (SSR). The IGBT 2 is preferably controlled at a high frequency in order to reduce reactive power.
図5は、抵抗検出装置140が抵抗加熱ヒータ106の劣化診断を実施する際の抵抗検出装置140の動作を示すフロー図である。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the resistance detection device 140 when the resistance detection device 140 performs deterioration diagnosis of the resistance heater 106.
まず、ステップS110では、演算器144がヒータ製作時基準テーブル145にアクセスして、ヒータ製作時基準テーブル145に抵抗加熱ヒータ106の実測初期抵抗値が格納されているか確認する。ヒータ製作時基準テーブル145に実測初期抵抗値が格納されている場合は、演算器144は、ヒータ製作時基準テーブル145から実測初期抵抗値を取得して内蔵メモリに保持した後に、ステップS130の動作を行う。一方で、ヒータ製作時基準テーブル145に抵抗加熱ヒータ106の実測初期抵抗値が格納されていない場合は、演算器144は、ステップS120の動作を行う。 First, in step S110, the arithmetic unit 144 accesses the reference table 145 at the time of heater manufacture, and checks whether the actually measured initial resistance value of the resistance heater 106 is stored in the reference table 145 at the time of heater manufacture. If the measured initial resistance value is stored in the heater manufacturing reference table 145, the computing unit 144 acquires the measured initial resistance value from the heater manufacturing reference table 145 and stores it in the built-in memory, and then the operation of step S130. I do. On the other hand, when the actual initial resistance value of the resistance heater 106 is not stored in the heater manufacturing reference table 145, the computing unit 144 performs the operation of step S120.
次いで、ステップS120では、演算器144が、ヒータ温度係数テーブル146にアクセスして、劣化診断用データすなわち抵抗加熱ヒータ106の抵抗温度係数、抵抗加熱ヒータ106の長さ、及び抵抗加熱ヒータ106の断面積のデータを取得する。この劣化診断用データを取得した演算器144は、抵抗加熱ヒータ106の設定温度域の理論抵抗値Rthを算出して内蔵メモリに保持する。なお、抵抗加熱ヒータ106の理論抵抗値Rthは、任意の温度T℃での抵抗温度係数をρT、抵抗加熱ヒータ106の長さをL、抵抗加熱ヒータ106の断面積をSとすると、「Rth=ρT×L/S」の式から算出される。 Next, in step S120, the arithmetic unit 144 accesses the heater temperature coefficient table 146 to determine deterioration diagnosis data, that is, the resistance temperature coefficient of the resistance heater 106, the length of the resistance heater 106, and the disconnection of the resistance heater 106. Get area data. The computing unit 144 that has acquired the deterioration diagnosis data calculates the theoretical resistance value Rth in the set temperature range of the resistance heater 106 and stores it in the built-in memory. The theoretical resistance value Rth of the resistance heater 106 is defined as follows. The resistance temperature coefficient at an arbitrary temperature T ° C. is ρ T , the length of the resistance heater 106 is L, and the sectional area of the resistance heater 106 is S. It is calculated from the equation “R th = ρ T × L / S”.
次いで、ステップS130では、演算器144が、A/D変換器143によって変換された、抵抗加熱ヒータ106に印加された交流電圧及び交流電流の測定値から抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値を算出する。なお、演算器144は、算出した抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値を、通信インターフェイス148を介して上位の管理装置等に常時提供する。 Next, in step S130, the computing unit 144 calculates an actual resistance value of the resistance heater 106 from the measured values of the AC voltage and the AC current applied to the resistance heater 106 converted by the A / D converter 143. . The computing unit 144 always provides the calculated actual resistance value of the resistance heater 106 to the upper management device or the like via the communication interface 148.
次いで、ステップS140では、演算器144が、ステップS110で取得した抵抗加熱ヒータ106の実測初期抵抗値またはステップS120で算出した理論抵抗値Rthのいずれかを基準抵抗値として、この基準抵抗値とステップS130で算出した抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値との差を算出する。 Then, in step S140, the calculator 144, the reference resistance value one of the theoretical resistance value R th calculated at actual initial resistance value or the step S120 of acquired resistance heater 106 at step S110, and the reference resistance value A difference from the actually measured resistance value of the resistance heater 106 calculated in step S130 is calculated.
次いで、ステップS150では、演算器144が、ステップS140で算出した差が所定の閾値を越えるか判定する。ステップS140で算出した差が所定の閾値を越える場合は、演算器144は、抵抗加熱ヒータ106が断線する危険性が高いすなわち交換時期に達したと判定して、DO出力手段147にアラームを出力するように命令する。演算器144から命令を受けたDO出力手段147は、スピーカ等の警報装置を作動させることにより、電力供給システム100の管理者に抵抗加熱ヒータ106が交換時期に達したことを通知する。 Next, in step S150, the computing unit 144 determines whether the difference calculated in step S140 exceeds a predetermined threshold. If the difference calculated in step S140 exceeds a predetermined threshold, the computing unit 144 determines that the resistance heater 106 has a high risk of disconnection, that is, has reached the replacement time, and outputs an alarm to the DO output means 147. Order to do. The DO output unit 147 that has received a command from the computing unit 144 activates an alarm device such as a speaker to notify the administrator of the power supply system 100 that the resistance heater 106 has reached the replacement time.
図6は、本発明の一実施形態に係る電力供給システム100を備えた半導体製造装置610の構成を示す斜視図である。半導体製造装置610は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体612を有する。 FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus 610 provided with the power supply system 100 according to an embodiment of the present invention. The semiconductor manufacturing apparatus 610 is a batch type vertical heat treatment apparatus, and includes a housing 612 in which a main part is arranged.
筐体612内の背面側上側には、反応炉640(炉107)が配置されている。この反応炉640内に、複数枚の基板754を装填した基板支持具630が挿入され、熱処理が行われる。 A reaction furnace 640 (furnace 107) is disposed on the upper side on the back side in the housing 612. A substrate support 630 loaded with a plurality of substrates 754 is inserted into the reaction furnace 640, and heat treatment is performed.
図7は、反応炉640の断面及び反応炉640内に挿入された基板支持具630を示す図である。反応炉640は、石英製の反応管742を有する。この反応管742は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしている。この反応管742の下方には、反応管742を支持するよう石英製のアダプタ744が配置されている。この反応管742とアダプタ744により反応容器743が形成されている。また、反応容器743におけるアダプタ744を除いた反応管742の周囲には、抵抗加熱ヒータ106が配置されている。抵抗加熱ヒータ106は、反応管742とアダプタ744の接点付近から鉛直上方向に順にH5、H4、H3、H2、及びH1と符号付けされた5つのセクションで構成されている。これらの各セクションH1〜H5それぞれの抵抗加熱ヒータ106は、別個独立に温度制御され、また必要に応じて個別に新たな抵抗加熱ヒータ106に交換される。つまり、各セクションH1〜H5には、個別に動作する電力供給システム100がそれぞれ設置されている。 FIG. 7 is a view showing a cross section of the reaction furnace 640 and the substrate support 630 inserted into the reaction furnace 640. The reaction furnace 640 includes a reaction tube 742 made of quartz. The reaction tube 742 has a cylindrical shape with its upper end closed and its lower end open. A quartz adapter 744 is disposed below the reaction tube 742 so as to support the reaction tube 742. A reaction vessel 743 is formed by the reaction tube 742 and the adapter 744. A resistance heater 106 is disposed around the reaction tube 742 except for the adapter 744 in the reaction vessel 743. The resistance heater 106 is composed of five sections labeled H5, H4, H3, H2, and H1 in order from the vicinity of the contact point between the reaction tube 742 and the adapter 744 in the vertical upward direction. Each of the resistance heaters 106 of each of the sections H1 to H5 is independently temperature controlled, and is individually replaced with a new resistance heater 106 as necessary. That is, the power supply systems 100 that operate individually are installed in the sections H1 to H5, respectively.
反応容器743の下部は、基板支持具630を挿入するために開放されている。この開放部分(炉口部)は、炉口シールキャップ748がアダプタ744の下端部フランジの下面に当接することにより密閉される。炉口シールキャップ748は、基板支持具630を支持しており、また基板支持具630と共に昇降可能に設けられている。基板支持具630は、多数枚、例えば25〜100枚の基板754を略水平状態で隙間をもって多段に支持し、反応管742内に装填される。 The lower part of the reaction vessel 743 is opened to insert the substrate support 630. The open portion (furnace port portion) is sealed by the furnace port seal cap 748 coming into contact with the lower surface of the lower end flange of the adapter 744. The furnace port seal cap 748 supports the substrate support 630 and is provided so as to be movable up and down together with the substrate support 630. The substrate supporter 630 supports a large number of, for example, 25 to 100 substrates 754 in a substantially horizontal state with a plurality of gaps and is loaded into the reaction tube 742.
アダプタ744には、アダプタ744と一体化したガス供給口756及びガス排気口759が設けられている。ガス供給口756にはガス導入管760が、ガス排気口759には排気管762が、それぞれ接続されている。 The adapter 744 is provided with a gas supply port 756 and a gas exhaust port 759 that are integrated with the adapter 744. A gas introduction pipe 760 is connected to the gas supply port 756, and an exhaust pipe 762 is connected to the gas exhaust port 759.
ガス導入管760からガス供給口756に導入された処理ガスは、アダプタ744の側壁部に設けられたガス導入経路764及びノズル766を介して反応管742内に供給される。 The processing gas introduced from the gas introduction pipe 760 to the gas supply port 756 is supplied into the reaction pipe 742 via the gas introduction path 764 and the nozzle 766 provided in the side wall portion of the adapter 744.
次に、半導体製造装置610の動作について説明する。なお、以下の説明において、半
導体製造装置610の各構成要素の動作は、コントローラ770により制御される。
Next, the operation of the semiconductor manufacturing apparatus 610 will be described. In the following description, the operation of each component of the semiconductor manufacturing apparatus 610 is controlled by the controller 770.
まず、ポッドステージ614に複数枚の基板754を収容したポッド616がセットされると、ポッド搬送装置618がポッド616をポッドステージ614からポッド棚620へ搬送してストックする。次いで、ポッド搬送装置618が、ポッド棚620にストックしたポッド616をポッドオープナ622に搬送してセットする。ポッドオープナ622がポッド616の蓋を開いた後に、基板枚数検知器624がポッド616に収容されている基板754の枚数を確認する。 First, when a pod 616 containing a plurality of substrates 754 is set on the pod stage 614, the pod transfer device 618 transfers the pod 616 from the pod stage 614 to the pod shelf 620 and stocks it. Next, the pod transfer device 618 transfers the pod 616 stocked on the pod shelf 620 to the pod opener 622 and sets it. After the pod opener 622 opens the lid of the pod 616, the substrate number detector 624 confirms the number of substrates 754 accommodated in the pod 616.
次いで、基板移載機626のツイーザ632が、ポッドオープナ622の位置にあるポッド616から基板754を取り出し、ノッチアライナ628に移載する。このノッチアライナ628は、基板754を回転させながら、ノッチを検出し、整列させる。次に、基板移載機626のツイーザ632は、ノッチアライナ628から基板754を取り出し、基板支持具630に移載する。 Next, the tweezer 632 of the substrate transfer machine 626 takes out the substrate 754 from the pod 616 at the position of the pod opener 622 and transfers it to the notch aligner 628. The notch aligner 628 detects and aligns the notches while rotating the substrate 754. Next, the tweezer 632 of the substrate transfer machine 626 takes out the substrate 754 from the notch aligner 628 and transfers it to the substrate support 630.
このようにして、1バッチ分の基板754を基板支持具630に移載すると、例えば600℃程度に設定された反応管742内に複数枚の基板754を装填した基板支持具630が挿入され、炉口シールキャップ748が反応炉640を密封する。次いで、反応炉640が熱処理温度まで昇温された後に、処理ガスがガス導入管760からガス供給口756、ガス導入経路764、及びノズル766を介して反応管742内に導入される。基板754を熱処理する際には、反応炉640内の温度は、例えば1000℃に保持される。 In this way, when one batch of substrates 754 is transferred to the substrate support 630, the substrate support 630 loaded with a plurality of substrates 754 is inserted into the reaction tube 742 set to about 600 ° C., for example. A furnace port seal cap 748 seals the reactor 640. Next, after the temperature of the reaction furnace 640 is raised to the heat treatment temperature, a processing gas is introduced into the reaction tube 742 from the gas introduction tube 760 through the gas supply port 756, the gas introduction path 764, and the nozzle 766. When the substrate 754 is heat-treated, the temperature in the reaction furnace 640 is maintained at 1000 ° C., for example.
基板754の熱処理が終了すると、例えば反応炉640内の温度が600℃程度まで下げられた後に、基板支持具630が反応管742からアンロードされる。そして、基板支持具630に支持されている全ての基板754が冷えて室温になるまで、基板支持具630は所定位置に留め置かれる。 When the heat treatment of the substrate 754 is completed, for example, the temperature in the reaction furnace 640 is lowered to about 600 ° C., and then the substrate support 630 is unloaded from the reaction tube 742. The substrate support 630 is held in place until all the substrates 754 supported by the substrate support 630 are cooled to room temperature.
次いで、待機させた基板支持具630の基板754が所定温度まで冷却されると、基板移載機626が、基板支持具630から基板754を取り出し、ポッドオープナ622にセットされている空のポッド616に搬送して収容する。 Next, when the substrate 754 of the substrate support 630 that has been placed on standby is cooled to a predetermined temperature, the substrate transfer device 626 takes out the substrate 754 from the substrate support 630 and sets the empty pod 616 that is set in the pod opener 622. To be transported and stored.
次いで、ポッド搬送装置618が、基板754が収容されたポッド616をポッド棚620またはポッドステージ614に搬送して一連の処理が完了する。 Next, the pod transfer device 618 transfers the pod 616 containing the substrate 754 to the pod shelf 620 or the pod stage 614, and a series of processes is completed.
(本発明に係る一実施形態による効果)
抵抗加熱ヒータ106は、使用時間が増えるに従って、その実測抵抗値が徐々に増大していくとともに、断線の発生率も高くなっていくという特性を有している。つまり、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値の変化量は、抵抗加熱ヒータ106の断線の発生率を示す良い指標となりうる。
(Effects of one embodiment according to the present invention)
The resistance heater 106 has a characteristic that the measured resistance value gradually increases and the occurrence rate of disconnection increases as the usage time increases. That is, the amount of change in the actually measured resistance value of the resistance heater 106 can be a good index indicating the occurrence rate of disconnection of the resistance heater 106.
そこで、電力供給システム100によれば、供給電力調節器110が交流電圧の正弦波波形を維持したまま波高値を制御するとともに交流電圧から高調波ノイズを取り除くため、抵抗検出装置140による抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値の変化が高い分解能で検出されるようになる。そして、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値の変化が高い分解能で検出されることにより、抵抗加熱ヒータ106の劣化を詳細に、かつ、正確に把握することが可能になる。特に、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値が低い時には、抵抗加熱ヒータ106の劣化に起因する実測抵抗値の変化量が相対的に大きく見えるため、抵抗加熱ヒータ106の劣化の進行状態がより正確に把握されるようになる。そこで、抵抗加熱ヒータ106は中低温時に抵抗値が低いことから、抵抗加熱ヒータ106が中低温時にその実測抵抗値の変化量をモニタリングすることにより、抵抗加熱ヒータ106の劣化の進行状
態を一層正確に把握することができる。
Therefore, according to the power supply system 100, the resistance detector 110 uses the resistance heater 140 to control the peak value while maintaining the sinusoidal waveform of the AC voltage and remove harmonic noise from the AC voltage. A change in the actually measured resistance value 106 is detected with high resolution. Then, since the change in the measured resistance value of the resistance heater 106 is detected with high resolution, it is possible to grasp the deterioration of the resistance heater 106 in detail and accurately. In particular, when the measured resistance value of the resistance heater 106 is low, the amount of change in the measured resistance value caused by the deterioration of the resistance heater 106 seems to be relatively large, so the progress of the deterioration of the resistance heater 106 is more accurately detected. Be grasped. Therefore, since the resistance heater 106 has a low resistance value at medium and low temperatures, the resistance heater 106 monitors the amount of change in the actually measured resistance value at medium and low temperatures, so that the progress of deterioration of the resistance heater 106 is more accurately detected. Can grasp.
このように電力供給システム100によれば、作業者の経験に基づく主観的な劣化診断ではなく客観的な基準に基づく正確な劣化診断が可能になるため、断線が生じる前に抵抗加熱ヒータ106を確実に交換できるようになる。 As described above, according to the power supply system 100, it is possible to perform accurate deterioration diagnosis based on an objective standard rather than subjective deterioration diagnosis based on an operator's experience. Therefore, the resistance heater 106 is installed before disconnection occurs. It will be possible to replace it reliably.
また、電力供給システム100によれば、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値の変化を高い分解能で検出できるため、抵抗加熱ヒータ106の劣化の進行状態をその使用開始後初期段階から正確に把握することができる。そのため、電力供給システム100によれば、予備の抵抗加熱ヒータ106を準備しておいて定期的に交換する必要がなくなるとともに、抵抗加熱ヒータ106が寿命予測範囲期間内で突発的に断線して基板処理作業を中断せざるを得なくなるという問題も生じ難くなる。 Further, according to the power supply system 100, since the change in the measured resistance value of the resistance heater 106 can be detected with high resolution, the progress of deterioration of the resistance heater 106 can be accurately grasped from the initial stage after the start of use. Can do. Therefore, according to the power supply system 100, it is not necessary to prepare the spare resistance heater 106 and replace it periodically, and the resistance heater 106 is suddenly disconnected within the lifetime prediction range period and the substrate is removed. The problem that the processing work must be interrupted is less likely to occur.
さらに、電力供給システム100によれば、抵抗加熱ヒータ106の断線による基板処理中の加熱不良を確実に防止できるため、基板処理中のロット不良の発生を防止して基板処理の生産性を改善することができる。特に、炉107が縦型炉である場合に、その生産性が著しく改善する。 Furthermore, according to the power supply system 100, it is possible to reliably prevent defective heating during substrate processing due to disconnection of the resistance heater 106, thereby preventing occurrence of lot defects during substrate processing and improving substrate processing productivity. be able to. In particular, when the furnace 107 is a vertical furnace, the productivity is remarkably improved.
また、電力供給システム100によれば、演算器144から通信インターフェイス148を介して送信される抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値と基準抵抗値との差を、上位の管理装置等を用いてモニタリングすることができる。ここで、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値が徐々に高くなっていく過程においては、実測抵抗値に瞬間的なピークが出現し、そのピークの出現頻度及び最大値が抵抗加熱ヒータ106の劣化の進行に伴って増大していく。したがって、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値と基準抵抗値との差をモニタリングしながらそのピークの出現頻度及び最大値を計測することにより、抵抗加熱ヒータ106の劣化診断を実施することができる。このピークの出現頻度及び最大値の計測による劣化診断は、抵抗加熱ヒータ106が中低温の時や抵抗加熱ヒータ106の使用開始後初期段階での劣化診断に特に有用である。 Further, according to the power supply system 100, the difference between the actually measured resistance value of the resistance heater 106 and the reference resistance value transmitted from the computing unit 144 via the communication interface 148 is monitored using a higher-level management device or the like. be able to. Here, in the process in which the measured resistance value of the resistance heater 106 gradually increases, an instantaneous peak appears in the measured resistance value, and the appearance frequency and maximum value of the peak are the deterioration of the resistance heater 106. It increases with progress. Therefore, the deterioration diagnosis of the resistance heater 106 can be performed by measuring the appearance frequency and the maximum value of the peak while monitoring the difference between the actually measured resistance value of the resistance heater 106 and the reference resistance value. The deterioration diagnosis by measuring the appearance frequency and the maximum value of this peak is particularly useful for deterioration diagnosis in the initial stage after the resistance heater 106 is used at a low temperature or when the resistance heater 106 is used.
また、供給電力調節器110によれば、IGBT変換器112で発生した電磁ノイズが入力側フィルタ回路111によって抑制されるため、交流電源交流電源101からの交流電圧に電磁ノイズが混入し難くなる。したがって、電力供給システム100によれば、交流電圧に含まれる電磁ノイズに起因する障害の発生を防止することができる。また、電力供給システム100によれば、交流電源101からIGBT変換器112に至る入力ケーブルに電磁ノイズが誘導されることを抑制できる。さらに、電力供給システム100によれば、IGBT変換器112の出力に含まれる高調波ノイズが出力側フィルタ回路116によって抑制されるため、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電圧に含まれる高調波ノイズを減衰させることできる。 Further, according to the supply power adjuster 110, the electromagnetic noise generated in the IGBT converter 112 is suppressed by the input-side filter circuit 111, so that it is difficult for the electromagnetic noise to be mixed into the AC voltage from the AC power supply AC power supply 101. Therefore, according to the power supply system 100, it is possible to prevent occurrence of a failure due to electromagnetic noise included in the AC voltage. Moreover, according to the power supply system 100, it can suppress that electromagnetic noise is induced | guided | derived to the input cable from AC power supply 101 to IGBT converter 112. FIG. Furthermore, according to the power supply system 100, harmonic noise included in the output of the IGBT converter 112 is suppressed by the output-side filter circuit 116, so that harmonic noise included in the AC voltage applied to the resistance heater 106. Can be attenuated.
また、電力供給システム100によれば、回生用IGBT変換器112bがIGBT変換器112外で発生する逆起電力を回生して交流電源101に戻しているため、交流電源101のエネルギー効率を大幅に改善することができる。特に、IGBT変換器112は高速・高周波でスイッチング動作しているため、逆起電力の発生回数もそれだけ多く、電力回生が頻繁に行われることになる。 Further, according to the power supply system 100, the regenerative IGBT converter 112b regenerates the back electromotive force generated outside the IGBT converter 112 and returns it to the AC power supply 101, so that the energy efficiency of the AC power supply 101 is greatly increased. Can be improved. In particular, since the IGBT converter 112 performs a switching operation at a high speed and a high frequency, the number of occurrences of the counter electromotive force is large, and power regeneration is frequently performed.
また、電力供給システム100によれば、電源変動がフィードフォワード制御により、負荷変動及び温度変動がフィードバック制御により、IGBT変換器112での交流電圧の波高値の制御に反映されるため、抵抗加熱ヒータ106の温度安定性を改善することができる。換言すれば、電力供給システム100は、温度調整用調節計130による炉107の温度変動に基づくフィードバック制御に加えて、電源変動検出手段フィードフォワー
ド回路114による電源変動に基づくフィードフォワード制御と、負荷変動検出手段フィードバック回路119による負荷変動に基づくフィードバック制御と、を同時に実施することにより、抵抗加熱ヒータ106が低中温の時や抵抗加熱ヒータ106への供給電力が小さい時でも、抵抗加熱ヒータ106の抵抗値を正確に測定することができる。したがって、電力供給システム100によれば、安定した電力制御が可能となるため、その使い勝手がよくなる。
Further, according to the power supply system 100, the power supply fluctuation is reflected in the control of the peak value of the AC voltage in the IGBT converter 112 by the feedforward control, and the load fluctuation and the temperature fluctuation are reflected by the feedback control. The temperature stability of 106 can be improved. In other words, in addition to the feedback control based on the temperature fluctuation of the furnace 107 by the temperature adjustment controller 130, the power supply system 100 includes the feedforward control based on the power fluctuation by the power fluctuation detection means feedforward circuit 114 and the load fluctuation. By simultaneously performing feedback control based on load fluctuations by the detection means feedback circuit 119, the resistance of the resistance heater 106 can be maintained even when the resistance heater 106 is at a low intermediate temperature or when the power supplied to the resistance heater 106 is small. The value can be measured accurately. Therefore, according to the power supply system 100, since stable power control is possible, the usability is improved.
また、電力供給システム100によれば、高速スイッチング素子であるIGBT変換器112が利用されているため、温度応答性に優れているとともに、進相コンデンサの補正に依存しないため、電磁ノイズが発生し難い構造であることから、電磁ノイズを嫌う計装ラインの構成素子として好適である。したがって、電力供給システム100の各構成要素の誤動作や破損、ならびに周辺機器に対する誤動作の誘引等の問題が発生することを防止できる。 Further, according to the power supply system 100, since the IGBT converter 112, which is a high-speed switching element, is used, it has excellent temperature response and does not depend on the correction of the phase advance capacitor, so that electromagnetic noise is generated. Since it is a difficult structure, it is suitable as a component of an instrumentation line that dislikes electromagnetic noise. Therefore, it is possible to prevent problems such as malfunction and damage of each component of the power supply system 100 and attraction of malfunction to peripheral devices.
また、電力供給システム100によれば、IGBT変換器112で発生した電磁ノイズが入力側フィルタ回路111によって除去されるため、交流電源101への電磁ノイズの混入を効果的に抑制することができる。さらに、電力供給システム100によれば、IGBT変換器112から出力される交流電圧に含まれる高調波ノイズが出力側フィルタ回路116によって除去されるため、供給電力調節器110から歪みのない正弦波波形の交流電圧が出力されることから、システム全体の省電力化が可能になる。したがって、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値を低温時でも正確に算出することができる。 Further, according to the power supply system 100, since electromagnetic noise generated in the IGBT converter 112 is removed by the input side filter circuit 111, mixing of electromagnetic noise into the AC power supply 101 can be effectively suppressed. Furthermore, according to the power supply system 100, since harmonic noise included in the AC voltage output from the IGBT converter 112 is removed by the output-side filter circuit 116, a sine wave waveform without distortion from the supply power regulator 110. Therefore, it is possible to save the power of the entire system. Therefore, the measured resistance value of the resistance heater 106 can be accurately calculated even at a low temperature.
半導体製造装置610によれば、電力供給システム100を備えているため、反応炉640内の温度安定性を改善することができ、その結果、高性能な半導体装置を製造することができる。 According to the semiconductor manufacturing apparatus 610, since the power supply system 100 is provided, the temperature stability in the reaction furnace 640 can be improved, and as a result, a high-performance semiconductor device can be manufactured.
また、半導体製造装置610によれば、基板支持具630が反応管742内に挿入された後で基板754が加熱処理される前のスタンバイ状態によらず常に抵抗加熱ヒータ106の劣化診断が可能であるため、抵抗加熱ヒータ106の劣化診断用の時間を別個設ける必要がなくなり、基板処理の生産性を高めることができる。 Further, according to the semiconductor manufacturing apparatus 610, the deterioration diagnosis of the resistance heater 106 can always be performed regardless of the standby state after the substrate support 630 is inserted into the reaction tube 742 and before the substrate 754 is heated. Therefore, it is not necessary to separately provide a time for diagnosing deterioration of the resistance heater 106, and the productivity of substrate processing can be improved.
(本発明に係る一実施形態の変形例)
本発明に係る一実施形態では、温度調整用調節計130によって検出された抵抗加熱ヒータ106の温度変動に基づくフィードバック制御信号に、電源変動検出手段フィードフォワード回路114によって検出された電源変動に基づくフィードフォワード制御信号及び負荷変動検出手段フィードバック回路119によって検出された負荷変動に基づくフィードバック制御信号が周波数変換回路115によって加算された後にIGBT変換器112に入力される場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。例えば、本発明に係る一実施形態を一部変形して、周波数変換回路115が、前記温度変動に基づくフィードバック制御信号に、前記電源変動に基づくフィードフォワード制御信号または前記負荷変動に基づくフィードバック制御信号のいずれかを加算してIGBT変換器112に入力するようにしてもよい。前記電源変動に基づくフィードフォワード制御信号を加算した場合は、IGBT変換器112が電源変動を打ち消すように補正した交流電圧を出力するため、抵抗加熱ヒータ106への供給電力が安定する。一方で、前記負荷変動に基づくフィードバック制御信号を加算した場合は、IGBT変換器112が負荷変動を打ち消すように補正した交流電圧を出力するため、供給電力調節器110の動作に起因する電圧の変化が抑制されて抵抗加熱ヒータ106への供給電力が安定する。
(Modification of one embodiment according to the present invention)
In an embodiment according to the present invention, the feedback control signal based on the temperature fluctuation of the resistance heater 106 detected by the temperature adjustment controller 130 is fed to the feed based on the power fluctuation detected by the power fluctuation detecting means feedforward circuit 114. The case where the feedback control signal based on the load fluctuation detected by the forward control signal and the load fluctuation detection means feedback circuit 119 is added by the frequency conversion circuit 115 and then input to the IGBT converter 112 has been described. The case is not limited. For example, by partially modifying an embodiment according to the present invention, the frequency conversion circuit 115 may change the feedback control signal based on the temperature variation to the feedforward control signal based on the power source variation or the feedback control signal based on the load variation. Any of these may be added and input to the IGBT converter 112. When the feedforward control signal based on the power supply fluctuation is added, the IGBT converter 112 outputs an AC voltage corrected so as to cancel the power supply fluctuation, so that the power supplied to the resistance heater 106 is stabilized. On the other hand, when the feedback control signal based on the load fluctuation is added, the IGBT converter 112 outputs an AC voltage corrected so as to cancel the load fluctuation, so that the voltage change caused by the operation of the supply power regulator 110 Is suppressed, and the power supplied to the resistance heater 106 is stabilized.
また、本発明に係る一実施形態では明示しなかったが、例えばA/D変換器143と演算器144が、あるいは温度調整用調節計130と通信インターフェイス148が、デー
タ通信回線を介して接続されていても良い。このように、電力供給システム100内の各構成要素がデータ通信回線を介して接続される場合には、電力供給システム100の設計自由度が著しく高くなるため、電力供給システム100の適用範囲や用途を拡大することができる。
Further, although not explicitly shown in one embodiment of the present invention, for example, the A / D converter 143 and the arithmetic unit 144, or the temperature adjustment controller 130 and the communication interface 148 are connected via a data communication line. May be. Thus, when each component in the power supply system 100 is connected via a data communication line, the design flexibility of the power supply system 100 is remarkably increased. Can be enlarged.
また、本発明に係る一実施形態では、1つの反応炉640を5つのセクションH1〜H5毎に別個独立に温度制御する場合、すなわち各セクションH1〜H5に電力供給システム100を1つずつ設置する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば1つの反応炉640をセクション分けすることなく1つの電力供給システム100で温度制御するようにしてもよい。さらに、同型の反応炉640を複数同時に温度制御する場合には、例えば1つの反応炉640をサンプルとして、このサンプルの反応炉640にのみ電力供給システム100を設置し、その他の反応炉640にはサンプルの反応炉640と同じ条件で電力供給を行うようにしてもよい。 In one embodiment according to the present invention, when one reactor 640 is temperature-controlled separately for each of the five sections H1 to H5, that is, one power supply system 100 is installed in each of the sections H1 to H5. Although the case has been described, the present invention is not limited to this case. For example, the temperature may be controlled by one power supply system 100 without dividing one reactor 640 into sections. Further, when controlling the temperature of a plurality of reactors 640 of the same type at the same time, for example, using one reactor 640 as a sample, the power supply system 100 is installed only in the reactor 640 of this sample, and the other reactors 640 have You may make it supply electric power on the same conditions as the reaction furnace 640 of a sample.
また、本発明の一実施形態では、炉107及び反応炉640が縦型炉である場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば炉107及び反応炉640が横型炉や枚葉式炉であってもよい。 In the embodiment of the present invention, the case where the furnace 107 and the reaction furnace 640 are vertical furnaces has been described. However, the present invention is not limited to this case. For example, the furnace 107 and the reaction furnace 640 are horizontal. A furnace or a single wafer furnace may be used.
また、本発明の一実施形態では、供給電力調節器110がカレントトランス117及び電圧測定ライン118を備え、一方で抵抗検出装置140がカレントトランス142及び分配用端子台105の前段に配置された電圧測定ライン128に接続されている場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば供給電力調節器110と抵抗検出装置140がカレントトランスと電圧測定ラインを共用するように構成してもよい。 In one embodiment of the present invention, the supply power regulator 110 includes a current transformer 117 and a voltage measurement line 118, while the resistance detector 140 is a voltage disposed in front of the current transformer 142 and the distribution terminal block 105. Although the case where it is connected to the measurement line 128 has been described, the present invention is not limited to this case. For example, the supply power regulator 110 and the resistance detection device 140 share the current transformer and the voltage measurement line. It may be configured.
(実施例1)
本発明の一実施形態に係る電力供給システム100を備える半導体製造装置610を用いて、基板支持具630に装填した基板754を反応管742内で熱処理した。この熱処理における具体的な加熱条件は、次のとおりである。
Example 1
The substrate 754 loaded on the substrate support 630 was heat-treated in the reaction tube 742 using the semiconductor manufacturing apparatus 610 provided with the power supply system 100 according to the embodiment of the present invention. Specific heating conditions in this heat treatment are as follows.
(1)基板754を保持した基板支持具630を室温の反応管742内に挿入して密封する。
(2)次いで、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を100℃〜380℃に、かつ、この温度範囲を1時間周期で往復するように設定して、供給電力調節器110から抵抗加熱ヒータ106に波高値が制御された歪みのない正弦波波形の交流電圧を印加する。
(3)次いで、供給電力調節器110から抵抗加熱ヒータ106に通電を開始してから10時間経過後に、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を750℃に修正する。
(4)次いで、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を750℃に修正してから1時間経過後に、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を再度100℃〜380℃に、かつ、この温度範囲を1時間周期で往復するように設定し直す。
(5)次いで、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を100℃〜380℃に再設定してから10時間経過後に、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を750℃に再度修正する。
(6)次いで、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を750℃に再修正してから1時間経過後に、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を再度100℃〜380℃に、かつ、この温度範囲を1時間周期で往復するように設定し直す。
(7)次いで、抵抗加熱ヒータ106の設定温度を100℃〜380℃に再設定してから5時間経過後に、供給電力調節器110から抵抗加熱ヒータ106への交流電力の供給を止めて、反応管742及び基板754等を放熱させて室温に戻す。
(1) The substrate support 630 holding the substrate 754 is inserted into the reaction tube 742 at room temperature and sealed.
(2) Next, the set temperature of the resistance heater 106 is set to 100 ° C. to 380 ° C., and this temperature range is set so as to reciprocate in a cycle of 1 hour. An AC voltage having a sinusoidal waveform with a controlled high value and without distortion is applied.
(3) Next, the set temperature of the resistance heater 106 is corrected to 750 ° C. 10 hours after the energization of the resistance heater 106 is started from the supply power regulator 110.
(4) Next, after 1 hour has elapsed since the set temperature of the resistance heater 106 is corrected to 750 ° C., the set temperature of the resistance heater 106 is again set to 100 ° C. to 380 ° C., and this temperature range is cycled for 1 hour. Set to go back and forth.
(5) Next, after the set temperature of the resistance heater 106 is reset to 100 ° C. to 380 ° C. and 10 hours have elapsed, the set temperature of the resistance heater 106 is corrected again to 750 ° C.
(6) Next, after 1 hour has elapsed since the set temperature of the resistance heater 106 is re-corrected to 750 ° C., the set temperature of the resistance heater 106 is again set to 100 ° C. to 380 ° C., and this temperature range is set to 1 hour. Reconfigure to reciprocate at periodic intervals.
(7) Next, after the set temperature of the resistance heater 106 is reset to 100 ° C. to 380 ° C., after 5 hours have elapsed, the supply of AC power from the supply power regulator 110 to the resistance heater 106 is stopped, and the reaction The tube 742 and the substrate 754 are radiated to return to room temperature.
実施例1では、原則的に上記(1)〜(7)の各熱処理工程が繰り返し実施されるが、(5)工程及び(6)工程が実施されない場合や(6)工程の後に再度(5)工程及び(6)工程が繰り返し実施される場合もある。 In Example 1, the heat treatment steps (1) to (7) are repeated in principle. However, when the steps (5) and (6) are not performed or after the step (6) (5 ) Step and (6) step may be repeated.
なお、実施例1で使用した抵抗加熱ヒータ106は未使用品であって全く劣化していないものであった。また、実施例1では、演算器144がヒータ温度係数テーブル146にアクセスして抵抗加熱ヒータ106の理論抵抗値を温度毎に算出し、その算出した理論抵抗値を基準抵抗値として使用した。また、実施例1では、演算器144が、抵抗加熱ヒータ106−H3すなわち反応炉640の中央部のセクションに配置された抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値と前記基準抵抗値との差を常時算出し続けた。 The resistance heater 106 used in Example 1 was an unused product and was not deteriorated at all. In the first embodiment, the computing unit 144 accesses the heater temperature coefficient table 146 to calculate the theoretical resistance value of the resistance heater 106 for each temperature, and uses the calculated theoretical resistance value as the reference resistance value. In the first embodiment, the computing unit 144 constantly calculates the difference between the resistance value measured and the reference resistance value of the resistance heater 106-H3, that is, the resistance heater 106 disposed in the central section of the reaction furnace 640. Continued.
(比較例1)
比較例1では、実施例1で使用した反応炉640において、供給電力調節器110を従来の電力供給システム10におけるサイリスタ16に置換して、実施例1と同一の加熱条件で基板754を熱処理した。また、比較例1においても、未使用の抵抗加熱ヒータ106を使用するとともに、抵抗加熱ヒータ106の理論抵抗値を基準抵抗値として使用した。さらに、比較例1においても、演算器144が、抵抗加熱ヒータ106−H3の実測抵抗値と理論抵抗値との差を常時算出し続けた。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the substrate 754 was heat-treated under the same heating conditions as in Example 1 by replacing the supply power regulator 110 in the reaction furnace 640 used in Example 1 with the thyristor 16 in the conventional power supply system 10. . Also in Comparative Example 1, an unused resistance heater 106 was used, and the theoretical resistance value of the resistance heater 106 was used as a reference resistance value. Furthermore, also in the comparative example 1, the computing unit 144 continuously calculated the difference between the actually measured resistance value and the theoretical resistance value of the resistance heater 106-H3.
(実施例1と比較例1との対比)
図8は、実施例1及び比較例1における抵抗加熱ヒータ106−H3の測定温度(上段の線分)と、その測定時の抵抗加熱ヒータ106−H3の実測抵抗値と理論抵抗値との差(下段の線分)と、を示したグラフである。図8では、左側が比較例1すなわち位相制御方式による熱処理の結果を示しており、一方で中央から右側が実施例1すなわち電圧波高値制御方式による熱処理の結果を示している。
(Contrast between Example 1 and Comparative Example 1)
FIG. 8 shows the difference between the measured temperature (upper line segment) of the resistance heater 106-H3 in Example 1 and Comparative Example 1, and the measured resistance value and the theoretical resistance value of the resistance heater 106-H3 at the time of measurement. (Lower line segment). In FIG. 8, the left side shows the result of the heat treatment by the comparative example 1, that is, the phase control method, while the right side from the center shows the result of the heat treatment by the example 1, that is, the voltage peak value control method.
図8のグラフから、比較例1における抵抗加熱ヒータ106−H3の実測抵抗値と理論抵抗値との差の方が、実施例1における抵抗加熱ヒータ106−H3の実測抵抗値と理論抵抗値との差よりも大きいことが分かる。このように、比較例1における抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値がその理論抵抗値よりも比較的大きな値となる理由は、比較例1の位相制御方式では、抵抗加熱ヒータ106に印加される交流電圧の波形が正弦波波形ではなく急峻な立ち上がりを有する歪んだ波形であるため、この交流電圧の歪んだ波形に交流電流が追随できずに遅延してしまうからであると考えられる。 From the graph of FIG. 8, the difference between the measured resistance value and the theoretical resistance value of the resistance heater 106-H3 in Comparative Example 1 is the difference between the measured resistance value and the theoretical resistance value of the resistance heater 106-H3 in Example 1. It can be seen that it is larger than the difference. As described above, the reason why the actually measured resistance value of the resistance heater 106 in the comparative example 1 is relatively larger than the theoretical resistance value is that the alternating current applied to the resistance heater 106 in the phase control method of the comparative example 1. This is probably because the voltage waveform is not a sinusoidal waveform but a distorted waveform having a steep rise, and the alternating current cannot follow the distorted waveform of the alternating voltage and is delayed.
また、図8のグラフから、実施例1における抵抗加熱ヒータ106−H3の実測抵抗値と理論抵抗値との差の線分に瞬間的なピークが形成されていることが分かる。このピークは、抵抗加熱ヒータ106の劣化に起因していると考えられ、実際に図8の実施例1を示す線分では、抵抗加熱ヒータ106−H3の使用時間が増えるに従って、このピークの出現頻度が高まるとともに、このピークの最大値が大きくなっている。 Further, it can be seen from the graph of FIG. 8 that an instantaneous peak is formed in the line segment of the difference between the actually measured resistance value and the theoretical resistance value of the resistance heater 106-H3 in the first embodiment. This peak is considered to be caused by the deterioration of the resistance heater 106, and in the line segment actually showing Example 1 in FIG. 8, this peak appears as the usage time of the resistance heater 106-H3 increases. As the frequency increases, the maximum value of this peak increases.
したがって、本発明の一実施形態に係る電力供給システム100によれば、このようなピークの出現頻度とピークの最大値とをモニタリングし続けることにより、抵抗加熱ヒータ106の劣化の進行状態を正確に把握することができる。特に、電力供給システム100によれば、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値と理論抵抗値との差が比較的小さいため、抵抗加熱ヒータ106の劣化に起因する図8に示すピークの発生を確認し易い。そこで、本発明の一実施形態に係る電力供給システム100では、抵抗加熱ヒータ106の実測抵抗値と理論抵抗値との差に関する閾値を予め設定しておき、図8に示すピークが前記閾値を所定の頻度で超えた場合に、抵抗加熱ヒータ106の劣化が進行して交換時期に達したと診断するようにしてもよい。 Therefore, according to the power supply system 100 according to the embodiment of the present invention, by continuously monitoring the appearance frequency of the peak and the maximum value of the peak, the progress of deterioration of the resistance heater 106 can be accurately determined. I can grasp it. In particular, according to the power supply system 100, since the difference between the measured resistance value and the theoretical resistance value of the resistance heater 106 is relatively small, the occurrence of the peak shown in FIG. easy. Therefore, in the power supply system 100 according to an embodiment of the present invention, a threshold value regarding a difference between the actually measured resistance value and the theoretical resistance value of the resistance heater 106 is set in advance, and the peak shown in FIG. If the frequency is exceeded, it may be diagnosed that the resistance heater 106 has deteriorated and the replacement time has been reached.
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
第1の態様は、
半導体製造装置に備えられた制御対象(発熱体)の電流値を検出する電流検出手段と、
前記制御対象の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段が検出する電流値と前記電圧検出手段が検出する電圧値に基づいて前記制御対象の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
前記抵抗値算出手段が算出した抵抗値を前記制御対象の劣化診断に用いる演算器と、
前記抵抗値算出手段が算出した抵抗値を、他の半導体製造装置に備えられた制御対象の劣化診断に用いる診断基準データとして、通信回線を介して送信する送信手段と、を備える抵抗検出装置と、
交流電源の交流電圧を、制御信号のデューティ比に応じた交流電圧に変換して前記制御対象に印加する電力用変換器(IGBT変換器)と、
前記電力用変換器のスイッチング動作によって生じる逆起電力を回生して前記交流電源に戻す回生用変換器(IGBT変換器)と、を備える供給電力調節器と、を具備する電力供給システムである。
The first aspect is
Current detection means for detecting a current value of a control target (heating element) provided in the semiconductor manufacturing apparatus;
Voltage detection means for detecting a voltage value of the control object;
Resistance value calculating means for calculating a resistance value of the control object based on a current value detected by the current detecting means and a voltage value detected by the voltage detecting means;
An arithmetic unit that uses the resistance value calculated by the resistance value calculating means for diagnosis of deterioration of the controlled object;
A resistance detection apparatus comprising: a transmission means that transmits the resistance value calculated by the resistance value calculation means as diagnostic reference data used for deterioration diagnosis of a control target provided in another semiconductor manufacturing apparatus via a communication line; ,
A power converter (IGBT converter) that converts the AC voltage of the AC power source into an AC voltage corresponding to the duty ratio of the control signal and applies the AC voltage to the control target;
A power supply system comprising: a regenerative converter (IGBT converter) that regenerates a back electromotive force generated by a switching operation of the power converter and returns it to the AC power supply.
第2の態様は、前記第1の態様に係る電力供給システムにおいて、
前記供給電力調節器が、
前記制御対象の温度変動を検出する温度変動検出手段と、
前記交流電源から前記電力用変換器に供給される電力から前記交流電源の電源変動を検出する電源変動検出手段と、
前記電力用変換器から前記制御対象に供給される電力から負荷変動を検出する負荷変動検出手段と、
前記温度変動検出手段、前記電源変動検出手段、及び前記負荷変動検出手段による各検出結果に応じて、前記供給電力調節器に加える前記制御対象に供給すべき電力量に応じた制御信号の周波数を制御する周波数可変手段と、を備えた電力供給システムである。
A second aspect is the power supply system according to the first aspect,
The supply power regulator is
Temperature fluctuation detecting means for detecting temperature fluctuation of the controlled object;
A power fluctuation detecting means for detecting a power fluctuation of the AC power from the power supplied from the AC power to the power converter;
Load fluctuation detecting means for detecting a load fluctuation from the electric power supplied from the power converter to the controlled object;
The frequency of the control signal corresponding to the amount of power to be supplied to the control object to be applied to the supply power regulator is determined according to the detection results of the temperature fluctuation detection means, the power supply fluctuation detection means, and the load fluctuation detection means. And a frequency varying means for controlling.
第3の態様は、
制御対象の温度を測定する温度測定手段と、
前記制御対象の理論抵抗値の算出に使用されるデータを格納しているヒータ温度係数テーブルと、
前記制御対象の実測初期抵抗値を温度データと共に格納しているヒータ作成時基準テーブルと、
前記温度測定手段によって測定された前記制御対象の温度に対応する基準抵抗値を、前記ヒータ温度係数テーブルに格納されているデータから算出するか、または前記ヒータ作成時基準テーブルに格納されている実測初期抵抗値を取得するかして、さらに前記制御対象に印加されている交流電圧及び交流電流の測定値から前記制御対象の実測抵抗値を算出し、算出した前記実測抵抗値と前記基準抵抗値とを比較する演算器と、を備える抵抗検出装置である。
The third aspect is
Temperature measuring means for measuring the temperature of the controlled object;
A heater temperature coefficient table storing data used to calculate the theoretical resistance value of the control object;
A heater creation reference table storing the measured initial resistance value of the control object together with temperature data;
A reference resistance value corresponding to the temperature of the control object measured by the temperature measuring means is calculated from data stored in the heater temperature coefficient table, or actually stored in the heater creation time reference table Whether the initial resistance value is acquired, the measured resistance value of the controlled object is further calculated from the measured values of the AC voltage and the alternating current applied to the controlled object, and the calculated measured resistance value and the reference resistance value are calculated. And a computing unit for comparing with the resistance detector.
第4の態様は、
交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する入力側フィルタ回路と、
前記入力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した電源変動を打ち消すフィードフォワード制御信号を出力する電源変動検出手段フィードフォワード回路と、
前記入力側フィルタ回路から出力された交流電圧の正弦波波形の波高値を制御するIGBT変換器と、
前記IGBT変換器から出力された前記交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する出力側フィルタ回路と、
前記出力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した電源変動(負荷変動)を打ち消すフィードバック制御信号を出力する負荷変動検出手段フィードバック回路と、
前記出力側フィルタ回路から出力された前記交流電圧が印加された制御対象(発熱体)の測定温度と前記制御対象の設定温度との温度差を解消する温度調整用制御信号、前記フィードフォワード制御信号、及び前記フィードバック制御信号に応じて、前記IGBT変換器に前記交流電圧の正弦波波形の波高値を調節させる周波数変換回路と、を備える供給電力調節器である。
The fourth aspect is
An input side filter circuit for removing harmonic noise contained in the AC voltage;
A power fluctuation detecting means feedforward circuit for detecting a power fluctuation of the output from the input side filter circuit and outputting a feedforward control signal for canceling the detected power fluctuation;
An IGBT converter that controls a peak value of a sinusoidal waveform of the AC voltage output from the input side filter circuit;
An output side filter circuit for removing harmonic noise contained in the AC voltage output from the IGBT converter;
A load fluctuation detecting means feedback circuit for detecting a power fluctuation of the output from the output side filter circuit and outputting a feedback control signal for canceling the detected power fluctuation (load fluctuation);
A temperature adjustment control signal for eliminating a temperature difference between a measured temperature of a controlled object (heating element) to which the AC voltage output from the output side filter circuit is applied and a set temperature of the controlled object; and the feedforward control signal And a frequency conversion circuit that causes the IGBT converter to adjust the peak value of the sine wave waveform of the AC voltage in accordance with the feedback control signal.
第5の態様は、
温度測定手段が制御対象(発熱体)の温度を測定する温度測定ステップと、
演算器が、ヒータ温度係数テーブルから前記制御対象の理論抵抗値の算出用データを取得して前記温度測定ステップでの測定温度に対応する前記理論抵抗値を算出するか、またはヒータ作成時基準テーブルから前記温度測定ステップでの測定温度に対応する前記制御対象の実測初期抵抗値を取得するか、する基準抵抗値取得ステップと、
前記演算器が、前記制御対象に印加されている交流電圧及び交流電流の測定値から前記制御対象の実測抵抗値を算出する実測抵抗値算出ステップと、
前記演算器が、前記基準抵抗値取得ステップで算出または取得した前記制御対象の基準抵抗値と、前記実測抵抗値算出ステップで算出した前記実測抵抗値と、を比較する抵抗値比較ステップと、
前記演算器が、前記抵抗値比較ステップでの比較結果が所定の閾値を超えるか判定することにより、前記制御対象の劣化診断を実施する劣化診断ステップと、を有する制御対象の劣化診断方法である。
The fifth aspect is
A temperature measuring step in which the temperature measuring means measures the temperature of the controlled object (heating element);
An arithmetic unit obtains data for calculating the theoretical resistance value of the controlled object from the heater temperature coefficient table and calculates the theoretical resistance value corresponding to the measured temperature in the temperature measuring step, or a heater creation reference table A reference resistance value acquisition step of acquiring an actual measured initial resistance value of the controlled object corresponding to the measurement temperature in the temperature measurement step, or
An actual resistance value calculating step for calculating an actual resistance value of the control object from a measurement value of the AC voltage and the AC current applied to the control object;
A resistance value comparison step for comparing the reference resistance value of the control target calculated or acquired in the reference resistance value acquisition step with the actual resistance value calculated in the actual resistance value calculation step;
A deterioration diagnosis method for a control object, comprising: a deterioration diagnosis step for performing deterioration diagnosis of the control object by determining whether the comparison result in the resistance value comparison step exceeds a predetermined threshold. .
第6の態様は、前記第5の態様において、
前記抵抗値比較ステップでの比較結果が所定の閾値を超えると前記演算器が判定した場合に、前記制御対象の交換を促す警報が発信される警報発信ステップと、
前記警報が発信された場合に、前記制御対象を交換する交換ステップと、を有する半導体装置の製造方法である。
According to a sixth aspect, in the fifth aspect,
An alarm transmission step in which an alarm for prompting replacement of the control object is transmitted when the arithmetic unit determines that the comparison result in the resistance value comparison step exceeds a predetermined threshold;
An exchange step of exchanging the controlled object when the alarm is transmitted.
第7の態様は、
基板を熱処理する反応炉に設置された抵抗加熱ヒータを制御対象とする電力供給システムを備えた半導体製造装置であって、
前記制御対象の温度を測定する温度測定手段(熱電対)と、
前記制御対象の理論抵抗値の算出に使用されるデータを格納しているヒータ温度係数テーブルと、
前記制御対象の実測初期抵抗値を測定温度と共に格納しているヒータ作成時基準テーブルと、
前記温度測定手段による前記制御対象の測定温度に対応する基準抵抗値を、前記ヒータ温度係数テーブルに格納されているデータから算出するか、または前記ヒータ作成時基準テーブルに格納されている実測初期抵抗値を取得するかして、さらに前記制御対象に印加されている交流電圧及び交流電流の測定値から前記制御対象の実測抵抗値を算出し、算出した前記実測抵抗値と前記基準抵抗値とを比較する演算器と、を備える抵抗検出装置と、
交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する入力側フィルタ回路と、
前記入力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した前記電源変動を打ち消すフィードフォワード制御信号を出力する電源変動検出手段フィードフォワード回路と、
前記入力側フィルタ回路から出力された交流電圧の正弦波波形の波高値を制御するIGBT変換器と、
前記IGBT変換器から出力された交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する出力側
フィルタ回路と、
前記出力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した前記電源変動(負荷変動)を打ち消すフィードバック制御信号を出力する負荷変動検出手段フィードバック回路と、
前記出力側フィルタ回路から出力された前記交流電圧が印加された前記制御対象の測定温度と前記制御対象の設定温度との温度差を解消する温度調整用制御信号、前記フィードフォワード制御信号、及び前記フィードバック制御信号に応じて、前記IGBT変換器に前記交流電圧の正弦波波形の波高値を調節させる周波数変換回路と、を備える供給電力調節器と、
を具備する半導体製造装置である。
The seventh aspect is
A semiconductor manufacturing apparatus equipped with a power supply system for controlling a resistance heater installed in a reaction furnace for heat-treating a substrate,
Temperature measuring means (thermocouple) for measuring the temperature of the controlled object;
A heater temperature coefficient table storing data used to calculate the theoretical resistance value of the control object;
A heater creation reference table storing the measured initial resistance value of the control object together with the measured temperature;
The reference resistance value corresponding to the temperature measured by the temperature measuring unit is calculated from the data stored in the heater temperature coefficient table, or the measured initial resistance stored in the heater creation reference table The actual resistance value of the control object is calculated from the measured values of the alternating voltage and the alternating current applied to the control object, and the calculated actual resistance value and the reference resistance value are obtained. A resistance detection device comprising a computing unit for comparison;
An input side filter circuit for removing harmonic noise contained in the AC voltage;
A power fluctuation detecting means feedforward circuit for detecting a power fluctuation of the output from the input side filter circuit and outputting a feedforward control signal for canceling the detected power fluctuation;
An IGBT converter that controls a peak value of a sinusoidal waveform of the AC voltage output from the input side filter circuit;
An output side filter circuit that removes harmonic noise contained in the AC voltage output from the IGBT converter;
A load fluctuation detecting means feedback circuit for detecting a power fluctuation of the output from the output side filter circuit and outputting a feedback control signal for canceling the detected power fluctuation (load fluctuation);
A control signal for temperature adjustment that eliminates a temperature difference between the measured temperature of the controlled object to which the AC voltage output from the output-side filter circuit is applied and the set temperature of the controlled object, the feedforward control signal, and the A frequency converter circuit that adjusts the peak value of the sine wave waveform of the AC voltage in response to a feedback control signal;
Is a semiconductor manufacturing apparatus.
第8の態様は、
波高値の制御された交流電圧が供給されることによって発熱する抵抗加熱ヒータと、
前記抵抗加熱ヒータの温度変動を検出する熱電対と、
波高値が制御される前の交流電圧及び交流電流から電源変動を検出する電源変動検出手段フィードフォワード回路と、
前記抵抗加熱ヒータに印加される交流電圧及び交流電流から負荷変動を検出する負荷変動検出手段フィードバック回路と、
前記温度変動、前記電源変動、及び前記負荷変動に応じた制御信号を出力する周波数変換回路と、
前記制御信号に応じてパルス幅変調方式によって交流電圧の正弦波波形を維持したまま波高値を制御するIGBT変換器と、
前記抵抗加熱ヒータに印加されている交流電流を測定するカレントトランスと、
前記抵抗加熱ヒータに印加されている交流電圧を測定する電圧測定ラインと、
前記カレントトランスによる測定電流値及び前記電圧測定ラインによる測定電圧値から前記抵抗加熱ヒータの実測抵抗値を算出し、算出した前記実測抵抗値に基づいて前記抵抗加熱ヒータの劣化診断を実施する抵抗検出装置と、
を備える電力供給システムである。
The eighth aspect is
A resistance heater that generates heat when an alternating voltage with a controlled peak value is supplied;
A thermocouple for detecting temperature fluctuations of the resistance heater;
A power fluctuation detecting means feedforward circuit for detecting a power fluctuation from an AC voltage and an AC current before the peak value is controlled;
A load fluctuation detecting means feedback circuit for detecting a load fluctuation from an AC voltage and an AC current applied to the resistance heater;
A frequency conversion circuit that outputs a control signal according to the temperature variation, the power source variation, and the load variation;
An IGBT converter for controlling a peak value while maintaining a sinusoidal waveform of an AC voltage by a pulse width modulation method according to the control signal;
A current transformer for measuring an alternating current applied to the resistance heater;
A voltage measurement line for measuring an AC voltage applied to the resistance heater;
Resistance detection for calculating an actual resistance value of the resistance heater from the measured current value by the current transformer and the measured voltage value by the voltage measurement line, and performing deterioration diagnosis of the resistance heater based on the calculated actual resistance value Equipment,
It is a power supply system provided with.
本発明に係る電力供給システム及びこの電力供給システムを備える基板処理装置は、半導体基板やガラス基板等に対する薄膜形成処理のみならず、アニール処理や酸化・還元処理にも適用できる。 The power supply system according to the present invention and the substrate processing apparatus including the power supply system can be applied not only to thin film formation processing on a semiconductor substrate, a glass substrate, etc., but also to annealing processing and oxidation / reduction processing.
100 電力供給システム
106 抵抗加熱ヒータ
107 炉
110 供給電力調節器
112 IGBT変換器
114 電源変動検出手段フィードフォワード回路
115 周波数変換回路
119 負荷変動検出手段フィードバック回路
130 温度調整用調節計
144 演算器
145 ヒータ製作時基準テーブル
146 ヒータ温度係数テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electric power supply system 106 Resistance heating heater 107 Furnace 110 Supply electric power regulator 112 IGBT converter 114 Power supply fluctuation | variation detection means Feedforward circuit 115 Frequency conversion circuit 119 Load fluctuation detection means feedback circuit 130 Temperature adjustment controller 144 Calculator 145 Heater manufacture Time reference table 146 Heater temperature coefficient table
Claims (9)
前記供給電力調節器によって制御された交流電圧が印加されることによって発熱する抵抗加熱ヒータと、
前記抵抗加熱ヒータに印加された交流電圧及び交流電流を測定する測定器と、
前記測定器によって得られた電圧値及び電流値から前記抵抗加熱ヒータの抵抗値を算出し、算出した前記抵抗値に基づいて前記抵抗加熱ヒータの劣化診断を行う演算器と、
前記抵抗加熱ヒータの温度を測定する温度測定手段と、
前記抵抗加熱ヒータの理論抵抗値の算出に使用されるデータを格納しているヒータ温度係数テーブルと、
前記抵抗加熱ヒータの実測初期抵抗値を温度データと共に格納しているヒータ作成時基準テーブルと、を備える抵抗検出装置と、
を備え、
前記供給電力調節器は、
前記電力用IGBT変換器に入力されるゲート制御信号のデューティ比を調節することにより、前記交流電源の周波数を変えることなく、前記交流電圧の正弦波波形を維持したまま波高値を制御し、
演算器は、
前記温度測定手段によって測定された前記抵抗加熱ヒータの温度に対応する基準抵抗値を、前記ヒータ温度係数テーブルに格納されているデータから算出するか、または前記ヒータ作成時基準テーブルに格納されている実測初期抵抗値を取得するかして、さらに前記抵抗加熱ヒータに印加されている交流電圧及び交流電流の測定値から制御対象の実測抵抗値を算出し、算出した前記実測抵抗値と前記基準抵抗値との差を4Ωより小さい所定の閾値と比較し、前記閾値を超えたか判定する
ことを特徴とする電力供給システム。 A power supply regulator comprising at least a power IGBT converter for controlling a peak value of an AC voltage of an AC power supply having a sine wave waveform;
A resistance heater that generates heat when an AC voltage controlled by the supply power regulator is applied;
A measuring instrument for measuring the alternating voltage and alternating current applied to the resistance heater ;
An arithmetic unit that calculates the resistance value of the resistance heater from the voltage value and the current value obtained by the measuring device, and performs deterioration diagnosis of the resistance heater based on the calculated resistance value;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the resistance heater;
A heater temperature coefficient table storing data used to calculate the theoretical resistance value of the resistance heater;
A resistance detection device comprising: a heater creation reference table storing measured initial resistance values of the resistance heater together with temperature data;
With
The supply power regulator is
By adjusting the duty ratio of the gate control signal input to the power IGBT converter, the peak value is controlled while maintaining the sinusoidal waveform of the AC voltage without changing the frequency of the AC power supply ,
The calculator is
A reference resistance value corresponding to the temperature of the resistance heater measured by the temperature measuring means is calculated from data stored in the heater temperature coefficient table or stored in the heater creation time reference table. The actual resistance value of the object to be controlled is calculated from the measured values of the alternating voltage and alternating current applied to the resistance heater by acquiring the actual measured initial resistance value, and the calculated actual resistance value and the reference resistance are calculated. A power supply system , wherein a difference from the value is compared with a predetermined threshold value smaller than 4Ω to determine whether the threshold value is exceeded .
前記電力用IGBT変換器のスイッチング動作によって生じる逆起電力を回生して前記交流電源に戻す回生用IGBT変換器と、を備える請求項1に記載の電力供給システム。 The supply power regulator is
Power supply system according to claim 1, and a regenerating IGBT converter back to the AC power supply back EMF regeneration to a caused by the switching operation of the IGBT converter for the power.
前記抵抗加熱ヒータの温度変動を検出する温度変動検出手段と、
前記交流電源から前記電力用IGBT変換器に供給される電力から前記交流電源の電源変動を検出する電源変動検出手段と、
前記電力用IGBT変換器から前記抵抗加熱ヒータに供給される電力から負荷変動を検出する負荷変動検出手段と、
前記温度変動検出手段、前記電源変動検出手段、及び前記負荷変動検出手段による各検出結果に応じて、前記供給電力調節器に加える前記抵抗加熱ヒータに供給すべき電力量に応じた制御信号の周波数を制御する周波数可変手段と、
を備える請求項1または2に記載の電力供給システム。 The supply power regulator is
Temperature fluctuation detecting means for detecting temperature fluctuation of the resistance heater ;
Power fluctuation detection means for detecting a power fluctuation of the AC power supply from the power supplied from the AC power supply to the power IGBT converter;
A load fluctuation detecting means for detecting a load fluctuation from the electric power supplied from the power IGBT converter to the resistance heater ;
The frequency of the control signal according to the amount of power to be supplied to the resistance heater applied to the supply power regulator according to the detection results of the temperature fluctuation detection means, the power fluctuation detection means, and the load fluctuation detection means Frequency variable means for controlling
A power supply system according to claim 1 or 2.
交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する入力側フィルタ回路と、
前記入力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した前記電源変動を打ち消すフィードフォワード制御信号を出力する電源変動検出手段フィードフォワード回路と、
前記入力側フィルタ回路から出力された交流電圧の正弦波波形の波高値を制御する電力用IGBT変換器と、
前記電力用IGBT変換器から出力された交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する出力側フィルタ回路と、
前記出力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した前記電源変動を打ち消すフィードバック制御信号を出力する負荷変動検出手段フィードバック回路と、
前記出力側フィルタ回路から出力された前記交流電圧が印加された前記抵抗加熱ヒータの測定温度と前記抵抗加熱ヒータの設定温度との温度差を解消する温度調整用制御信号、前記フィードフォワード制御信号、及び前記フィードバック制御信号に応じて、前記電力用IGBT変換器に前記交流電圧の正弦波波形の波高値を調節させる周波数変換回路と、
を備える請求項1または請求項2に記載の電力供給システム。 The supply power regulator is
An input side filter circuit for removing harmonic noise contained in the AC voltage;
A power fluctuation detecting means feedforward circuit for detecting a power fluctuation of the output from the input side filter circuit and outputting a feedforward control signal for canceling the detected power fluctuation;
An IGBT converter for power that controls the peak value of the sine wave waveform of the AC voltage output from the input side filter circuit;
An output-side filter circuit that removes harmonic noise contained in the AC voltage output from the power IGBT converter;
A load fluctuation detecting means feedback circuit for detecting a power fluctuation of the output from the output side filter circuit and outputting a feedback control signal for canceling the detected power fluctuation;
A temperature adjustment control signal for eliminating a temperature difference between the measured temperature of the resistance heater to which the AC voltage output from the output side filter circuit is applied and the set temperature of the resistance heater , the feedforward control signal, And a frequency conversion circuit that causes the power IGBT converter to adjust the peak value of the sine wave waveform of the AC voltage according to the feedback control signal;
The power supply system according to claim 1, comprising:
前記制御対象の温度を測定する温度測定手段と、
前記制御対象の理論抵抗値の算出に使用されるデータを格納しているヒータ温度係数テーブルと、
前記制御対象の実測初期抵抗値を測定温度と共に格納しているヒータ作成時基準テーブルと、
前記温度測定手段による前記制御対象の測定温度に対応する基準抵抗値を、前記ヒータ温度係数テーブルに格納されているデータから算出するか、または前記ヒータ作成時基準テーブルに格納されている実測初期抵抗値を取得するかして、さらに前記制御対象に印加されている交流電圧及び交流電流の測定値から前記制御対象の実測抵抗値を算出し、算出した前記実測抵抗値と前記基準抵抗値とを比較する演算器と、を備える抵抗検出装置と、
交流電源の交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する入力側フィルタ回路と、
前記入力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した電源変動を打ち消すフィードフォワード制御信号を出力する電源変動検出手段フィードフォワード回路と、
前記入力側フィルタ回路から出力された交流電圧の正弦波波形の波高値を制御する電力用IGBT変換器と、
前記電力用IGBT変換器から出力された前記交流電圧に含まれる高調波ノイズを除去する出力側フィルタ回路と、
前記出力側フィルタ回路からの出力の電源変動を検出して、検出した負荷変動を打ち消すフィードバック制御信号を出力する負荷変動検出手段フィードバック回路と、
前記出力側フィルタ回路から出力された前記交流電圧が印加された前記制御対象の測定温度と前記制御対象の設定温度との温度差を解消する温度調整用制御信号、前記フィードフォワード制御信号、及び前記フィードバック制御信号から算出されるゲート制御信号に応じて、前記電力用IGBT変換器に前記交流電圧の正弦波波形の波高値を調節させる周波数変換回路と、
前記電力用IGBT変換器に入力される前記ゲート制御信号のデューティ比を調節することにより、前記交流電源の周波数を変えることなく、前記交流電圧の正弦波波形を維持したまま波高値を制御する供給電力調節器と、
を具備し、
前記演算器は、前記実測抵抗値と前記基準抵抗値との差が、4Ωより小さい所定の閾値を超えたか判定する半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus provided with a power supply controller for controlling a resistance heater installed in a reaction furnace for heat-treating a substrate,
Temperature measuring means for measuring the temperature of the controlled object;
A heater temperature coefficient table storing data used to calculate the theoretical resistance value of the control object;
A heater creation reference table storing the measured initial resistance value of the control object together with the measured temperature;
The reference resistance value corresponding to the temperature measured by the temperature measuring unit is calculated from the data stored in the heater temperature coefficient table, or the measured initial resistance stored in the heater creation reference table The actual resistance value of the control object is calculated from the measured values of the alternating voltage and the alternating current applied to the control object, and the calculated actual resistance value and the reference resistance value are obtained. A resistance detection device comprising a computing unit for comparison;
An input side filter circuit for removing harmonic noise contained in the AC voltage of the AC power supply;
A power fluctuation detecting means feedforward circuit for detecting a power fluctuation of the output from the input side filter circuit and outputting a feedforward control signal for canceling the detected power fluctuation;
An IGBT converter for power that controls the peak value of the sine wave waveform of the AC voltage output from the input side filter circuit;
An output side filter circuit for removing harmonic noise contained in the AC voltage output from the power IGBT converter;
A load fluctuation detecting means feedback circuit for detecting a power fluctuation of the output from the output side filter circuit and outputting a feedback control signal for canceling the detected load fluctuation;
A control signal for temperature adjustment that eliminates a temperature difference between the measured temperature of the controlled object to which the AC voltage output from the output-side filter circuit is applied and the set temperature of the controlled object, the feedforward control signal, and the A frequency conversion circuit that causes the power IGBT converter to adjust a peak value of a sine wave waveform of the AC voltage in accordance with a gate control signal calculated from a feedback control signal;
Supply for controlling the peak value while maintaining the sinusoidal waveform of the AC voltage without changing the frequency of the AC power supply by adjusting the duty ratio of the gate control signal input to the power IGBT converter A power regulator;
Equipped with,
The arithmetic unit, the difference between the reference resistance value and the measured resistance value, a semiconductor manufacturing device to determine if exceeds a 4Ω smaller predetermined threshold value.
前記温度測定手段が、前記制御対象の温度を測定する温度測定ステップと、
演算器が、ヒータ温度係数テーブルから前記制御対象の理論抵抗値の算出用データを取得して前記温度測定ステップでの測定温度に対応する前記理論抵抗値を算出するか、またはヒータ作成時基準テーブルから前記温度測定ステップでの測定温度に対応する前記制御対象の実測初期抵抗値を取得するか、する基準抵抗値取得ステップと、
前記演算器が、前記制御対象に印加されている交流電圧及び交流電流の測定値から前記制御対象の実測抵抗値を算出する実測抵抗値算出ステップと、
前記演算器が、前記基準抵抗値取得ステップで算出または取得した前記制御対象の基準抵抗値と、前記実測抵抗値算出ステップで算出した前記実測抵抗値と、を比較する抵抗値比較ステップと、
前記演算器が、前記抵抗値比較ステップでの比較結果が、4Ωより小さい所定の閾値を超えるか判定することにより、前記制御対象の劣化診断を実施する劣化診断ステップと、
を有する劣化診断方法。 A degradation diagnosis method for a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 7 ,
A temperature measuring step in which the temperature measuring means measures the temperature of the controlled object;
An arithmetic unit obtains data for calculating the theoretical resistance value of the controlled object from the heater temperature coefficient table and calculates the theoretical resistance value corresponding to the measured temperature in the temperature measuring step, or a heater creation reference table A reference resistance value acquisition step of acquiring an actual measured initial resistance value of the controlled object corresponding to the measurement temperature in the temperature measurement step, or
An actual resistance value calculating step for calculating an actual resistance value of the control object from a measurement value of the AC voltage and the AC current applied to the control object;
A resistance value comparison step for comparing the reference resistance value of the control target calculated or acquired in the reference resistance value acquisition step with the actual resistance value calculated in the actual resistance value calculation step;
A deterioration diagnosis step of performing a deterioration diagnosis of the control object by determining whether the comparison result in the resistance value comparison step exceeds a predetermined threshold value less than 4Ω by the computing unit;
A deterioration diagnosis method having
前記警報が発信された場合に、前記制御対象を交換する交換ステップと、を有する請求項8に記載の劣化診断方法。 An alarm transmission step in which an alarm for prompting replacement of the control object is transmitted when the arithmetic unit determines that the comparison result in the resistance value comparison step exceeds a predetermined threshold value less than 4Ω ;
The deterioration diagnosis method according to claim 8 , further comprising: an exchange step of exchanging the control target when the alarm is transmitted.
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