專(zhuān)利名稱(chēng)：供給功率調(diào)節(jié)器和半導(dǎo)體制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)加熱器供給功率的供給功率調(diào)節(jié)器和使用了該供給功率調(diào)節(jié)器的 半導(dǎo)體制造裝置。
背景技術(shù)：
圖3表示現(xiàn)有的加熱器用的供給功率調(diào)節(jié)器。加熱器用的供給功率調(diào)節(jié)器20，在 其輸入端具有與交流電源1連接的受電端子板2，在其輸出端具有與加熱器7連接的分配用 端子板6。在受電端子板2和分配用端子板6之間連接有電源斷路器3、電源變壓器4、作為 功率調(diào)節(jié)器的功率控制用晶閘管5。在加熱器7內(nèi)設(shè)置有溫度測(cè)定用熱電偶8。由受電端子板2輸入交流電源1，通過(guò)電源斷路器3，向電源變壓器4供給功率。在 電源變壓器4進(jìn)行了變壓的功率，由功率控制用晶閘管5控制，從分配用端子板6供給加熱 器7。由此，加熱器7被加熱，加熱器7的溫度發(fā)生變化。由溫度測(cè)定用熱電偶8測(cè)定該加 熱器溫度并輸入溫度調(diào)節(jié)器9。溫度調(diào)節(jié)器9求出由溫度測(cè)定用熱電偶8測(cè)定的測(cè)定溫度 與設(shè)定溫度之差，并根據(jù)該溫度差計(jì)算應(yīng)供給加熱器7的功率量。該計(jì)算結(jié)果被換算為相 位控制量，作為控制信號(hào)從溫度調(diào)節(jié)器9輸出到功率控制用晶閘管5。功率控制用晶閘管5 將與該控制信號(hào)的時(shí)序?qū)?yīng)的功率供給加熱器7。這樣，加熱器用的供給功率調(diào)節(jié)器20，在檢測(cè)加熱器溫度后由溫度調(diào)節(jié)器9決定 輸出控制信號(hào)的時(shí)序，并根據(jù)該時(shí)序?qū)β士刂朴镁чl管5進(jìn)行相位控制，從而控制加熱 器溫度使其等于設(shè)定溫度。該相位控制的方法示于圖4。圖4的(a)示出交流電源的電壓波形，圖4的(b) 示出控制功率控制用晶閘管的功率控制用晶閘管控制信號(hào)。在相位控制方法中，在交流電 源的每一個(gè)周期內(nèi)，將從功率控制用晶閘管控制信號(hào)產(chǎn)生時(shí)起到電源波形的零電壓時(shí)的期 間設(shè)為功率控制期間A，將從零電壓時(shí)起到控制信號(hào)產(chǎn)生時(shí)的期間設(shè)為無(wú)功功率期間B。而 且，對(duì)電源求出比溫度穩(wěn)定時(shí)所需的功率大的最大功率。因此，溫度穩(wěn)定時(shí)的有效功率被限 制在最大功率的60% 80%左右，除此以外為無(wú)功功率，因而使電源的效率惡化。為改善這種狀況，進(jìn)行了各種嘗試，如采用在原理上不產(chǎn)生無(wú)功功率的零交叉控 制、采用功率因數(shù)改善用的相位超前電容器，將有效功率的比率提高到85%以上。零交叉控制，在電路上與圖3相同，但不同點(diǎn)在于，一般作為功率控制用元件采用 SSR(固體繼電器)而不是晶閘管，并改變了其控制信號(hào)的內(nèi)容。該零交叉控制的方法示于 圖5。圖5的(a)示出交流電源的電壓波形，圖5的(b)示出控制SSR的功率控制用SSR 控制信號(hào)。采用在電源波形的零電壓時(shí)使SSR接通的觸發(fā)方式，并將交流電源的規(guī)定時(shí)間 (A+B)作為一個(gè)周期(一個(gè)循環(huán)時(shí)間)，將在該期間內(nèi)輸出功率控制用SSR控制信號(hào)并通電 著的期間設(shè)為功率控制期間A，將除此以外的期間設(shè)為不消耗功率的非通電期間B。由于零交叉控制只是通/斷電源，因此在原理上不產(chǎn)生無(wú)功功率。另外，采用相位超前電容器的控制方式示于圖6。圖6的(a)的實(shí)線表示供給側(cè)交 流電源波形W1，虛線表示控制側(cè)電源波形W2。另外，圖6的(b)示出功率控制用晶閘管控 制信號(hào)。當(dāng)由該控制信號(hào)控制用實(shí)線表示的供給側(cè)交流電源波形Wl時(shí)，無(wú)功功率期間B較 大，因此，相位角Pl時(shí)的功率控制例如僅限制在70%。但是，當(dāng)用功率控制用晶閘管控制信 號(hào)控制由相位超前電容器使相位超前了的用虛線表示的控制側(cè)電源波形W2時(shí)，無(wú)功功率 期間B'減小相位角P2超前的量功率，從表面上看功率因數(shù)提高，功率控制增加到90%。但是，在零交叉控制的情況下，由于對(duì)功率控制用元件采用了與絕緣柵雙極晶體 管IGBTansulated Gate Bipolar Transistor)那樣的高速切換功率控制用半導(dǎo)體相比接 通電壓較大的SSR，存在著使加熱器溫度的響應(yīng)性惡化的問(wèn)題。另外，在采用相位超前電容 器的情況下，由于有相位超前電容器的補(bǔ)償，需要進(jìn)行對(duì)達(dá)到最大功率之前的曲線加以限 制的功率調(diào)節(jié)。這是因?yàn)?，由于進(jìn)行著相位超前補(bǔ)償，如突然升到最大功率就還要進(jìn)行相位 滯后補(bǔ)償。因此，使用的方便性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在現(xiàn)有的采用SSR作為功率控制用元件的供給功率調(diào)節(jié)器中，在對(duì)功 率控制用晶閘管進(jìn)行零交叉控制來(lái)控制溫度時(shí)，存在著溫度的響應(yīng)性惡化的問(wèn)題。另外， 在采用相位超前電容器的情況下，必須進(jìn)行對(duì)達(dá)到最大功率之前的曲線加以限制的功率調(diào) 節(jié)，因而使用的方便性惡化。進(jìn)一步，兩者雖然可以共用，但沒(méi)有對(duì)電源變化和負(fù)載變化采 取任何措施，因此存在著針對(duì)電源變化和負(fù)載變化的穩(wěn)定性惡化的問(wèn)題。本發(fā)明是為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而作出的，其目的在于提供一種小型、溫度 響應(yīng)性?xún)?yōu)良、對(duì)電源變化和負(fù)載變化的穩(wěn)定性也良好、使用方便性好的供給功率調(diào)節(jié)器和 半導(dǎo)體制造裝置。按照本發(fā)明的方式，提供一種半導(dǎo)體制造裝置，將裝填了多個(gè)襯底的保持件送入 反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，其特征在于具有設(shè)置在上述反應(yīng)爐周?chē)募訜崞骱驼{(diào)節(jié)對(duì)上述加 熱器的供給功率的供給功率調(diào)節(jié)器，上述供給功率調(diào)節(jié)器包括=IGBT變換器，將交流電源 的交流電壓變換為以該交流電壓的零交叉點(diǎn)為基準(zhǔn)而生成的、與控制信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)的交 流功率，向上述加熱器供給；溫度變化檢測(cè)裝置，檢測(cè)上述加熱器的溫度變化；電源變化檢 測(cè)裝置，從由上述交流電源供給上述供給功率調(diào)節(jié)器的交流電壓中檢測(cè)上述交流電源的電 源變化；負(fù)載變化檢測(cè)裝置，從供給上述加熱器的交流功率中檢測(cè)負(fù)載變化；以及頻率可 變裝置，根據(jù)上述溫度變化檢測(cè)裝置、上述電源變化檢測(cè)裝置和上述負(fù)載變化檢測(cè)裝置的 各檢測(cè)結(jié)果，在對(duì)上述溫度變化的反饋控制中引入對(duì)上述電源變化的前饋控制和對(duì)上述負(fù) 載變化的反饋控制，控制上述控制信號(hào)的頻率。另外，本發(fā)明提供一種供給功率調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)對(duì)設(shè)置在半導(dǎo)體制造裝置的反 應(yīng)爐的周?chē)募訜崞鞯墓┙o功率，其特征在于，上述供給功率調(diào)節(jié)器包括=IGBT變換器，將 交流電源的交流電壓變換為以該交流電壓的零交叉點(diǎn)為基準(zhǔn)而生成的、與控制信號(hào)的頻率 對(duì)應(yīng)的交流功率，向上述加熱器供給；溫度變化檢測(cè)裝置，檢測(cè)上述加熱器的溫度變化；電 源變化檢測(cè)裝置，從由上述交流電源供給上述供給功率調(diào)節(jié)器的交流功率中檢測(cè)上述交流 電源的電源變化；負(fù)載變化檢測(cè)裝置，從供給上述加熱器的交流功率中檢測(cè)負(fù)載變化；以及頻率可變裝置，根據(jù)上述溫度變化檢測(cè)裝置、上述電源變化檢測(cè)裝置和上述負(fù)載變化檢 測(cè)裝置的各檢測(cè)結(jié)果，在對(duì)上述溫度變化的反饋控制中引入對(duì)上述電源變化的前饋控制和 對(duì)上述負(fù)載變化的反饋控制，控制上述控制信號(hào)的頻率。另外，本發(fā)明提供一種基于本發(fā)明的半導(dǎo)體制造裝置的半導(dǎo)體器件的制造方法， 該半導(dǎo)體制造裝置將裝填了多個(gè)襯底的保持件送入反應(yīng)爐內(nèi)，將交流電源的交流電壓變換 為以該交流電壓的零交叉點(diǎn)為基準(zhǔn)而生成的、與控制信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)的交流功率，將該變 換功率向設(shè)于上述反應(yīng)爐的周?chē)募訜崞鞴┙o來(lái)進(jìn)行熱處理，該半導(dǎo)體器件的制造方法的 特征在于檢測(cè)上述加熱器的溫度變化；從由上述交流電源供給上述供給功率調(diào)節(jié)器的交 流電壓中檢測(cè)上述交流電源的電源變化；從供給上述加熱器的交流功率中檢測(cè)負(fù)載變化； 根據(jù)上述溫度變化的檢測(cè)結(jié)果、上述電源變化的檢測(cè)結(jié)果以及上述負(fù)載變化的檢測(cè)結(jié)果， 在對(duì)上述溫度變化的反饋控制中引入對(duì)上述電源變化的前饋控制和對(duì)上述負(fù)載變化的反 饋控制，控制上述控制信號(hào)的頻率。另外，本發(fā)明提供一種功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，其包括切換電路，該切換電路具有上 下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上級(jí)IGBT和下級(jí)IGBT，通過(guò)脈寬調(diào)制控制來(lái)對(duì)上述上級(jí)IGBT和上述下 級(jí)IGBT的開(kāi)閉進(jìn)行控制，從而切換從交流電源輸出的交流電壓，并調(diào)整從上述交流電源提 供給負(fù)載的功率。另外，本發(fā)明提供一種再生用IGBT轉(zhuǎn)換器，其包括切換電路，該切換電路具有上 下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上級(jí)IGBT和下級(jí)IGBT，從交流電源向負(fù)載提供功率，來(lái)將上述負(fù)載側(cè)產(chǎn) 生的反電動(dòng)勢(shì)用上述上級(jí)IGBT和上述下級(jí)IGBT進(jìn)行切換，從而得到再生功率，并將該再生 功率返回給上述交流電源。另外，本發(fā)明提供一種供給功率調(diào)節(jié)器，其包括功率用IGBT轉(zhuǎn)換器和再生用IGBT 轉(zhuǎn)換器，其中，上述功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，包括具有上下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上級(jí)功率用IGBT和 下級(jí)功率用IGBT的切換電路，用上述上級(jí)功率用IGBT切換從交流電源輸出的交流電壓的 正半波和負(fù)半波的一者，用上述下級(jí)功率用IGBT切換另一者，從而調(diào)整從上述交流電源提 供給負(fù)載的功率，上述再生用IGBT轉(zhuǎn)換器，包括具有上下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上級(jí)再生用IGBT 和下級(jí)再生用IGBT的切換電路，用上述上級(jí)再生用IGBT切換從負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)的 正半波和負(fù)半波的一者，用上述下級(jí)再生用IGBT切換另一者而得到再生功率，將該再生功 率返回給上述交流電源。按照本發(fā)明的實(shí)施方式，可以得到一種小型、溫度響應(yīng)性?xún)?yōu)良、針對(duì)電源變化和負(fù) 載變化的穩(wěn)定性也良好、使用方便性好的供給功率調(diào)節(jié)器和半導(dǎo)體制造裝置。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器的框圖。圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器的主要部分的具體的框圖。圖3是現(xiàn)有例的供給功率調(diào)節(jié)器的框圖。圖4是現(xiàn)有的基于相位控制的功率供給方法的說(shuō)明圖。圖5是現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例共用的基于零交叉控制的功率供給方法的說(shuō)明圖。圖6是現(xiàn)有的基于相位超前電容器方式的功率因數(shù)改善的說(shuō)明圖。圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器的主要部分圖。
圖8是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器的主要部分的切換動(dòng)作和各 點(diǎn)的電壓波形的圖。圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電源變化檢測(cè)裝置22、負(fù)載變化檢測(cè)裝置23和頻率 可變電路15的具體的說(shuō)明圖。圖10是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的作為制造半導(dǎo)體的工序之一的對(duì)半導(dǎo)體襯底 進(jìn)行熱處理用的熱處理裝置的一例的斜視圖。圖11是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)爐的一例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式作為實(shí)現(xiàn)上述目的研究成果，本發(fā)明人在對(duì)IGBT考慮了功率消耗、高速切換等情 況下，發(fā)現(xiàn)了最適合上述目的技術(shù)方案，進(jìn)而得到了如果由IGBT對(duì)交流電壓進(jìn)行直接切換 就無(wú)需具有整流電路的見(jiàn)解，從而導(dǎo)致本發(fā)明的創(chuàng)立。以下，說(shuō)明本發(fā)明的供給功率調(diào)節(jié)器的一個(gè)實(shí)施方式。本實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器，將進(jìn)行高速切換動(dòng)作的變換器的輸出作為功率供 給加熱器，對(duì)該變換器的器件使用了作為高速切換功率控制用元件的IGBT。由IGBT對(duì)交流 電源的交流電壓進(jìn)行直接切換并將進(jìn)行了脈沖調(diào)制的交流功率供給加熱器，使無(wú)功功率幾 乎為零，從而有效地利用了電源。如圖1所示，從交流電源1向加熱器7供給功率的供給功率調(diào)節(jié)器21，在其輸入端 具有與交流電源1連接的受電端子板2，在其輸出端具有與加熱器7連接的分配用端子板 6。交流電源1例如為頻率50/60Hz、AC200V的單相工業(yè)電源。加熱器7例如為二硅化鉬制 的電阻加熱器。在受電端子板2上連接電源斷路器3，進(jìn)而根據(jù)需要連接電源變壓器4。在受電端 子板2輸入交流電源1，通過(guò)電源斷路器3，將功率供給電源變壓器4。根據(jù)加熱器7的規(guī) 格，有時(shí)也不使用該電源變壓器4。此外，供給功率調(diào)節(jié)器21，有時(shí)也準(zhǔn)備多個(gè)IGBT變換器 11，以便能夠?qū)⒓訜崞?劃分為多個(gè)區(qū)域并分別進(jìn)行功率控制。在電源變壓器4的二次側(cè)，還具有輸入側(cè)濾波電路10、IGBT變換器11、電源變化檢 測(cè)裝置22、負(fù)載變化檢測(cè)裝置23、溫度變化檢測(cè)裝置M、頻率可變裝置(以下稱(chēng)為頻率可變 電路)15、輸出側(cè)濾波電路30。由電源變壓器4變壓后的功率，通過(guò)輸入側(cè)濾波電路10供 給由頻率可變電路15控制的IGBT變換器11，并通過(guò)輸出側(cè)濾波電路30施加于連接在分配 用端子板6上的加熱器7。以下，用圖7所示的供給功率調(diào)節(jié)器的主要部分圖來(lái)說(shuō)明輸入側(cè)濾波電路10、輸 出側(cè)濾波電路30和IGBT變換器11。輸入側(cè)濾波電路10是按濾波方式使用了 LC的低通濾波器，具有將濾波要素按CLC 的順序配置的結(jié)構(gòu)。線圈L分割為L(zhǎng)l-I和L1-2并插入輸入線路和公共線路。此外，LC前 的電容器C1-1，用于除去電源波形中載有的高頻分量和用于降低損耗，最好是電容非常小 的電容器。低通濾波器的截止頻率，從電源波形、噪聲的觀點(diǎn)來(lái)考慮，設(shè)定為切換頻率(為 IGBT在1秒鐘內(nèi)導(dǎo)通/截止的次數(shù)，在本實(shí)施例中為20KHz。)的1/10 l/40(500Hz 2KHz)。因此，能夠截止高的頻率分量而將作為目的工業(yè)頻率(50Hz或60Hz)左右的功率可 靠地供給加熱器7。
輸入側(cè)濾波電路10抑制因使IGBT變換器11以高速、高頻進(jìn)行切換動(dòng)作而產(chǎn)生的 電磁噪聲。因此，能夠抑制在與交流電源1側(cè)連接的IGBT變換器11的輸入線路中感應(yīng)的 電磁噪聲，因而能夠防止在交流電源中產(chǎn)生噪聲故障。輸出側(cè)濾波電路30與輸入側(cè)濾波電路10同樣地，是按濾波方式使用了 LC的低通 濾波器，具有將濾波要素按LCC的順序配置的結(jié)構(gòu)。線圈L分割為L(zhǎng)2-1和L2-2并插入輸 出線路和公共線路。此外，LC后的電容器C2-2，也如在輸入側(cè)濾波電路10中所述的那樣， 是用于除去電源波形中載有的高頻分量的電容器。進(jìn)而，該低通濾波器的截止頻率也同樣 為 500Hz 2KHz。輸出側(cè)濾波電路30對(duì)由IGBT變換器11進(jìn)行切換而得到的輸出進(jìn)行濾波(使其 平滑)，并且有效地除去輸出中所含有的高頻分量。IGBT變換器11具有功率用IGBT變換器Ila和再生用IGBT變換器lib。由于IGBT 變換器11分別進(jìn)行正的電壓·電流和負(fù)的電壓·電流的切換，因此最好為雙臂型。功率用 IGBT變換器Ila由高速整流電路FRDl和具有IGBT2的斬波部構(gòu)成。斬波部具有施加斬波 部PWM信號(hào)的上臂和下臂。再生用IGBT變換器lib具有IGBT3和高速整流電路FRD2。由上述IGBT2以高速、高頻的基本載頻對(duì)交流進(jìn)行直接切換。例如基于PWM方式 的切換時(shí)刻，從供給源的交流檢測(cè)零交叉點(diǎn)，以該零交叉點(diǎn)為基準(zhǔn)，校準(zhǔn)控制信號(hào)(PWM信 號(hào))。然后，以校準(zhǔn)后的載頻切換供給源的交流并得到脈沖調(diào)制波，將其通過(guò)輸出側(cè)濾波電 路30供給加熱器7。從頻率可變電路15輸出的控制信號(hào)，根據(jù)變化(溫度、功率、負(fù)載)改 變施加到IGBT的柵極(臂)上的控制信號(hào)的占空比。圖8是示出圖7所示的供給功率調(diào)節(jié)器的主要部分的切換動(dòng)作、以及各點(diǎn)((a) (e)、(f) (i))的電壓波形的圖。用圖8詳細(xì)說(shuō)明IGBT變換器11的作用。首先，如(a) 所示將工業(yè)頻率交流電源的電壓波形A供給端子板TBI。將通過(guò)臂對(duì)IGBT變換器11施加 的PWM信號(hào)的輸入頻率固定在20KHz (50 μ sec)。對(duì)IGBT2的上臂和下臂分別施加如(b)、 (c)所示的斬波部PWM信號(hào)。IGBT變換器11的輸出電壓波形B，僅當(dāng)IGBT2導(dǎo)通時(shí)(施加 PWM信號(hào)時(shí))使工業(yè)頻率交流電源通電，當(dāng)IGBT2截止時(shí)將工業(yè)頻率交流電源通電切斷，因 此成為(d)那樣的輸出波形。該輸出由輸出側(cè)濾波電路30進(jìn)行平滑濾波，并從輸出側(cè)濾波 電路30通過(guò)分配用端子板(TB》輸出(e)那樣的失真小的工業(yè)頻率的電壓波形C。這樣， 通過(guò)改變IGBT2導(dǎo)通著的時(shí)間來(lái)控制輸出到最終的負(fù)載的供給電壓的電壓峰值。因此，利 用對(duì)IGBT變換器11中使用的對(duì)IGBT2施加的PWM信號(hào)，可以不改變供給電壓的頻率而只 將峰值控制在0 70%的范圍內(nèi)并向負(fù)載輸出。此外，當(dāng)如(f)、(g)那樣使施加在IGBT2的上臂和下臂的斬波部PWM信號(hào)的脈寬 大于上述(b)、(c)所示的脈寬時(shí)，IGBT變換器11的輸出電壓波形B成為(h)那樣的波形， 對(duì)最終的負(fù)載輸出的供給電壓的電壓波形C，可以如(i)那樣使電壓峰值大于上述(e)的峰值。由于通過(guò)組裝在IGBT變換器11內(nèi)的IGBT2對(duì)交流電壓進(jìn)行直接切換，因此在 IGBT變換器11的輸入側(cè)不需要二極管全波整流電路。作為構(gòu)成該IGBT變換器11的切換元件的IGBT2，是將電壓驅(qū)動(dòng)的柵極進(jìn)行了組合 的雙極功率晶體管，柵極驅(qū)動(dòng)功率消耗少適用于高速切換。而且，由于是高頻且大容量的元 件，導(dǎo)通電壓比MOSFET(SSR)大幅度地減小。為了減小無(wú)功功率而以高頻控制該IGBT2。
溫度變化檢測(cè)裝置M檢測(cè)加熱器7的溫度變化，將與該變化對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)輸出 到頻率可變電路15。該溫度變化檢測(cè)裝置M具有作為溫度傳感器的溫度測(cè)定用熱電偶8、 和用于調(diào)節(jié)加熱器溫度的溫度調(diào)節(jié)器9。溫度測(cè)定用熱電偶8在加熱器7附近設(shè)置所需個(gè)數(shù)，根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)測(cè)定加熱器溫 度。溫度調(diào)節(jié)器9求出由溫度測(cè)定用熱電偶8測(cè)定到的加熱器7的測(cè)定溫度與設(shè)定溫度的 溫度差(溫度變化)，根據(jù)該溫度差計(jì)算應(yīng)供給加熱器7的功率量，并將計(jì)算結(jié)果作為反饋 信號(hào)輸出到頻率可變電路15。另外，當(dāng)檢測(cè)到溫度異常時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器9還輸出報(bào)警信號(hào)。電源變化檢測(cè)裝置22檢測(cè)來(lái)自輸入側(cè)濾波電路10的輸出功率的變化，將與該變 化對(duì)應(yīng)的前饋信號(hào)輸出到頻率可變電路15。該電源變化檢測(cè)裝置22具有測(cè)定在輸入側(cè)濾 波電路10的輸出端流過(guò)的電流的電流變換器12、測(cè)定輸入側(cè)濾波電路10的輸出線的電 壓的電壓測(cè)定線路13、以及電源電壓·電流前饋電路14。為檢測(cè)輸出功率的變化，電源電 壓·電流前饋電路14求出由電流變換器12測(cè)定的測(cè)定電流與設(shè)定電流之差、和由電壓測(cè) 定線路13測(cè)定的測(cè)定電壓與設(shè)定電壓之差。這些差的乘積(功率)就是電源變化。將該 電源變化作為前饋信號(hào)輸出到頻率可變電路15。負(fù)載變化檢測(cè)裝置23檢測(cè)供給加熱器7的輸出功率的變化，并將與該變化對(duì)應(yīng)的 反饋信號(hào)輸出到頻率可變電路15。該負(fù)載變化檢測(cè)裝置23具有測(cè)定輸出側(cè)濾波電路30的 輸出線間電壓的電壓測(cè)定線路17、測(cè)定流過(guò)加熱器7的電流的電流變換器18、以及控制電 壓·電流反饋電路16。為了檢測(cè)負(fù)載變化，控制電壓·電流反饋電路16求出由電壓測(cè)定線 路17測(cè)定的測(cè)定電壓與設(shè)定電壓之差、和由電流變換器18測(cè)定的測(cè)定電流與設(shè)定電流之 差。這些差的乘積(功率)就是負(fù)載變化。將該負(fù)載變化作為反饋信號(hào)輸出到頻率可變電 路15。此外，為了高精度地測(cè)量負(fù)載電流的變化，也可以將電流變換器18設(shè)置在靠分配 用端子板6外側(cè)的加熱器7 —側(cè)。頻率可變電路15根據(jù)電源變化檢測(cè)裝置22和負(fù)載變化檢測(cè)裝置23的變化結(jié)果， 對(duì)IGBT變換器11進(jìn)行頻率控制。具體來(lái)說(shuō)，頻率可變電路15根據(jù)從電源變化檢測(cè)裝置22 的電源電壓·電流前饋電路14輸出的變化信號(hào)、從負(fù)載變化檢測(cè)裝置23的控制電壓·電 流反饋電路16輸出的變化信號(hào)、以及從溫度變化檢測(cè)裝置M的溫度調(diào)節(jié)計(jì)9輸出的信號(hào)， 將具有與應(yīng)供給加熱器7的功率量對(duì)應(yīng)的頻率的柵極控制信號(hào)施加到構(gòu)成IGBT變換器11 的各IGBT的柵極上。通過(guò)對(duì)IGBT進(jìn)行頻率控制并使頻率大致連續(xù)地變化，從而控制施加到加熱器7上 的功率。頻率可變幅度越大功率的控制性越好。基于頻率可變電路15的頻率控制，從改變頻率這一點(diǎn)上，與VVVF控制的VF (可變 頻率)控制相同。在本頻率控制中，還包括使基本載頻恒定而控制占空比的PWM控制。VF 控制、PWM控制的每一個(gè)都是在0電壓時(shí)使IGBT導(dǎo)通，因此都是零交叉控制。在上述實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器21中，溫度調(diào)節(jié)器9和頻率可變電路15，按如 下方式進(jìn)行控制以使加熱器7的溫度成為設(shè)定溫度。溫度調(diào)節(jié)器9求出測(cè)定溫度與設(shè)定溫度的溫度差，根據(jù)該溫度差，計(jì)算應(yīng)供給加 熱器7的功率量，并將計(jì)算結(jié)果輸出到頻率可變電路15。頻率可變電路15，將具有與溫度 調(diào)節(jié)器9的輸出值對(duì)應(yīng)的頻率的柵極控制信號(hào)施加到IGBT變換器11。IGBT變換器11將從輸入側(cè)濾波電路10輸出的交流功率變換為與頻率可變電路15的柵極控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻 率的交流功率，并通過(guò)輸出側(cè)濾波電路30供給加熱器7。通過(guò)向加熱器7供給功率，加熱器 7的溫度發(fā)生改變。通過(guò)這樣的溫度變化檢測(cè)一控制計(jì)算一輸出值的輸出一溫度的變化一溫度變化 的檢測(cè)一...這樣的閉合環(huán)路進(jìn)行反饋控制。由于在檢測(cè)溫度狀態(tài)后由溫度調(diào)節(jié)器9和頻 率可變電路15決定輸出量，從而能夠良好地進(jìn)行反饋控制。因此，可以通過(guò)校正加熱器的 溫度變化而向加熱器7供給穩(wěn)定的功率，并能將加熱器7保持在預(yù)定的溫度。而且，由于頻 率控制是零交叉控制，因此能夠進(jìn)行沒(méi)有無(wú)功功率的高效率的控制。當(dāng)如上述那樣對(duì)加熱器溫度良好地進(jìn)行反饋控制時(shí)，如果交流電源1的電壓發(fā)生 變化，則該電壓變化將在輸入側(cè)濾波電路10的輸出中表現(xiàn)為電流變化和電壓變化。該電流 變化和電壓變化，由電流變換器12和電壓測(cè)定線路13測(cè)定，并由電源電壓 電流前饋電路 14檢測(cè)。從電源電壓·電流前饋電路14向頻率可變電路15輸入與該功率變化對(duì)應(yīng)的控制 信號(hào)。頻率可變電路15利用該信號(hào)，輸出與電源功率和設(shè)定功率之差對(duì)應(yīng)的頻率的柵極控 制信號(hào)。將該柵極控制信號(hào)施加到IGBT變換器11來(lái)對(duì)IGBT變換器11進(jìn)行頻率控制。因 此，能夠校正交流電源1的電壓變化來(lái)向加熱器7供給穩(wěn)定的功率。而且，由于頻率控制是 零交叉控制，因而能夠進(jìn)行沒(méi)有無(wú)功功率的高效率的控制。通過(guò)該前饋控制，改善了從輸入 側(cè)濾波電路(交流電源)10到溫度測(cè)定用熱電偶8的響應(yīng)特性。另外，當(dāng)如上述那樣對(duì)加熱器溫度良好地進(jìn)行反饋控制時(shí)，如果加熱器7上出現(xiàn) 紊亂(例如接觸到外部的空氣等)、或加熱器的性質(zhì)稍有變化而使負(fù)載發(fā)生變化，則表現(xiàn)為 IGBT變換器11的輸出功率的變化。即，流過(guò)加熱器7的負(fù)載電流和施加于加熱器7的負(fù)載 電壓發(fā)生變化。該電流變化和電壓變化，由電流變換器18和電壓測(cè)定線路17檢測(cè)，并由控 制電壓 電流反饋電路16測(cè)定。從控制電壓·電流反饋電路16向頻率可變電路15輸入與 該功率變化對(duì)應(yīng)的信號(hào)。頻率可變電路15利用該信號(hào)，輸出與電源功率和設(shè)定功率之差對(duì) 應(yīng)的頻率的柵極控制信號(hào)。將該柵極控制信號(hào)施加于IGBT變換器11并進(jìn)行頻率控制。因 此，能夠校正負(fù)載變化來(lái)向加熱器7供給穩(wěn)定的功率。而且，由于頻率控制是零交叉控制， 能夠進(jìn)行沒(méi)有無(wú)功功率的高效率的控制。該負(fù)載變化控制，與通過(guò)紊亂一加熱器溫度變化一熱電偶檢測(cè)這3個(gè)步驟的溫度 變化控制相比，為紊亂一功率變化檢測(cè)這2個(gè)步驟，因此能夠省略熱電偶檢測(cè)的步驟，從而 加快響應(yīng)速度。在上述實(shí)施方式中，供給功率調(diào)節(jié)器21中具有電源變化檢測(cè)裝置22、負(fù)載變化檢 測(cè)裝置23、溫度變化檢測(cè)裝置24、頻率可變電路15，但不論該方式如何，作為例如調(diào)節(jié)向負(fù) 載(加熱器)供給功率的眾所周知的功率調(diào)節(jié)器和輸出控制信號(hào)的裝置，可以設(shè)置電源變 化檢測(cè)裝置22、負(fù)載變化檢測(cè)裝置23、溫度變化檢測(cè)裝置M、頻率可變電路15并將其組合 使用。用圖9就另一個(gè)實(shí)施方式說(shuō)明頻率可變電路15根據(jù)來(lái)自電源變化檢測(cè)裝置22、負(fù) 載變化檢測(cè)裝置23、溫度變化檢測(cè)裝置M的變化信號(hào)對(duì)IGBT輸出柵極控制信號(hào)的處理。電源變化檢測(cè)裝置22，分別由AC/DC轉(zhuǎn)換器22a、22b將電流變換器12測(cè)定的電 流、電壓測(cè)定線路13測(cè)定的電壓從有效值(RMS)轉(zhuǎn)換為DC，由計(jì)算器22c進(jìn)行電流(DC) X 電壓(DC)=—次側(cè)功率的計(jì)算，并作為一次側(cè)電源變化反饋信號(hào)FB 1輸入到頻率可變電路15。負(fù)載變化檢測(cè)裝置23，分別由AC/DC轉(zhuǎn)換器23a、2 將電流變換器18測(cè)定的電 流、電壓測(cè)定線路17測(cè)定的電壓從有效值(RMS)轉(zhuǎn)換為DC，由計(jì)算器23c進(jìn)行電流(DC) X 電壓(DC) = 二次側(cè)功率的計(jì)算，并作為二次側(cè)電源變化反饋信號(hào)FB2輸入到頻率可變電路 15。溫度變化檢測(cè)裝置M將從溫度調(diào)節(jié)器9輸出的信號(hào)作為功率設(shè)定信號(hào)輸入到頻 率可變電路15。頻率可變電路15，在內(nèi)部有二個(gè)功率增益調(diào)節(jié)器15a、1 和一個(gè)功率設(shè)定增益調(diào) 節(jié)器15c，通過(guò)可以單獨(dú)調(diào)節(jié)的模擬運(yùn)算或CPU運(yùn)算，進(jìn)行各信號(hào)的信號(hào)電平的電平調(diào)節(jié)。 然后，將進(jìn)行了電平調(diào)節(jié)的各信號(hào)輸入到加法器15f進(jìn)行加法運(yùn)算。該加法運(yùn)算也通過(guò)模 擬運(yùn)算或CPU運(yùn)算進(jìn)行。在如上所述的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)對(duì)頻率可變電路15分別輸入一次側(cè)電源變化反饋信號(hào) FBl和二次側(cè)負(fù)載變化反饋信號(hào)FB2時(shí)，一次側(cè)電源變化反饋信號(hào)FBl和二次側(cè)負(fù)載變化反 饋信號(hào)FB2，由功率增益調(diào)節(jié)器15a、1 調(diào)整增益，并由反相器15d、lk反轉(zhuǎn)為負(fù)后輸入到 加法器15f。然后，在加法器15f中，將預(yù)先輸出功率設(shè)定信號(hào)時(shí)的反饋信號(hào)FBI' (FB2') 與反饋信號(hào)FBl(ra2)進(jìn)行比較，其差值作為電源變化(負(fù)載變化)與功率設(shè)定信號(hào)相加。當(dāng)從溫度變化檢測(cè)裝置M向頻率可變電路15輸出功率設(shè)定信號(hào)時(shí)，功率設(shè)定信 號(hào)由功率設(shè)定增益調(diào)節(jié)器15c進(jìn)行增益調(diào)節(jié)并輸入到加法器15f。當(dāng)發(fā)生電源變化或負(fù)載 變化時(shí)，頻率可變電路15將如上述那樣進(jìn)行了增益調(diào)節(jié)的一次側(cè)電源變化反饋信號(hào)FBl和 二次側(cè)負(fù)載變化反饋信號(hào)FB2的變化部分在加法器15f內(nèi)與功率設(shè)定信號(hào)相加，并將最佳 的功率設(shè)定信號(hào)作為柵極控制信號(hào)(IGBT頻率設(shè)定信號(hào))輸出。如這樣地使用高頻且大容量的IGBT作為構(gòu)成高速切換功率控制用半導(dǎo)體變換器 的元件、并在對(duì)溫度變化的反饋控制中引入了對(duì)電源變化的前饋控制和對(duì)負(fù)載變化的反饋 控制，所以溫度穩(wěn)定性、對(duì)電源變換和負(fù)載變化的穩(wěn)定性極其優(yōu)良，因而可以使加熱器溫度 獲得很高的穩(wěn)定性。尤其是，除溫度變化以外還引入了電源電壓變化和負(fù)載變化這一點(diǎn)，由 于采用作為高頻且大容量元件的IGBT才首次成為可能。圖2是上述的輸入側(cè)濾波電路10、IGBT變換器11、輸出側(cè)濾波電路30的具體的 說(shuō)明圖。輸入側(cè)濾波電路10和輸出側(cè)濾波電路30都是由常規(guī)濾波電路構(gòu)成。即，輸入側(cè)濾 波電路10由與輸入線路31串聯(lián)連接的扼流圈ACL1、和在扼流圈ACLl的靠功率用IGBT變 換器Ila —側(cè)的輸入線路31和公共線路33之間并聯(lián)連接的多個(gè)電容器CFl CF6構(gòu)成。 當(dāng)由常規(guī)濾波電路構(gòu)成輸入側(cè)濾波電路10時(shí)，可以有效地使從IGBT變換器11向輸入側(cè)漏 泄的電磁噪聲衰減。另外，輸出側(cè)濾波電路30由與輸入線路32串聯(lián)連接的扼流圈ACL2、和在扼流圈 ACL2的靠加熱器7 —側(cè)的輸出線路32和公共線路33之間并聯(lián)連接的多個(gè)電容器CF7 CF12構(gòu)成。當(dāng)由常規(guī)濾波電路構(gòu)成輸出側(cè)濾波電路30時(shí)，可以有效地將從IGBT變換器11 輸出的交流功率中所含有的高頻分量除去。而且，如果是在公共線路33上不設(shè)元件的常規(guī) 濾波器，就可以有效地使高頻的尖峰信號(hào)分量(反電動(dòng)勢(shì))通過(guò)加熱器7從公共線路33返 回再生用IGBT變換器lib。其結(jié)果是，在公共線路33上沒(méi)有能量釋放，可以有效地進(jìn)行功率再生，因而能提高交流電源1的能量效率。IGBT變換器11由作為進(jìn)行主電路的通/斷的主電路切換元件部的功率用IGBT變 換器11a、和當(dāng)主電路切換元件斷開(kāi)時(shí)進(jìn)行動(dòng)作的再生用IGBT變換器lib構(gòu)成，各自一體化 而構(gòu)成封裝組件。各元件由正的電壓·電流用和負(fù)的電壓·電流用的二個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，為防 止反向電流，還分別配置高速整流元件。功率用IGBT變換器Ila由高速整流電路FRD1、串聯(lián)上下兩級(jí)的前級(jí)切換電路 IGBT1、緩沖電路CRF1、串聯(lián)上下兩級(jí)的后級(jí)切換電路IGBT2(扼流圈的一部分)構(gòu)成。在圖 2中，因流過(guò)電流很多而準(zhǔn)備了二個(gè)IGBT。作為切換方法，功率用IGBT變換器11a，如上述 那樣通過(guò)PWM控制(脈寬調(diào)制)進(jìn)行通/斷控制。再生用IGBT變換器lib進(jìn)行電源電壓 的正負(fù)的判斷動(dòng)作。最好是可以通過(guò)負(fù)載是純電阻負(fù)載或具有電感性負(fù)載的純電阻負(fù)載在 切換動(dòng)作中計(jì)入延遲時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路結(jié)構(gòu)。高速整流電路FRDl由在中心抽頭連接輸入線路31的中心抽頭型的高速整流元件 構(gòu)成，將從輸入線路31施加的供給源的交流整流為正的半波和負(fù)的半波，并根據(jù)極性分配 到前級(jí)切換電路IGBTl的上級(jí)和下級(jí)。前級(jí)切換電路IGBTl和后級(jí)切換電路IGBT2，都是由串聯(lián)上下兩級(jí)組成的雙臂型 的IGBT構(gòu)成。在各IGBT中并聯(lián)連接著續(xù)流二極管。前級(jí)切換電路IGBTl和后級(jí)切換電 路IGBT2并聯(lián)運(yùn)行，分別由上級(jí)的IGBT對(duì)由高速整流電路FRDl分配的正的半波、由下級(jí)的 IGBT對(duì)負(fù)的半波進(jìn)行直接切換。緩沖電路CRFl同樣由雙臂型構(gòu)成，與前級(jí)切換電路IGBTl和后級(jí)切換電路IGBT2 公共連接，用于使構(gòu)成這些電路的各IGBT截止時(shí)在電路內(nèi)產(chǎn)生并通過(guò)續(xù)流二極管FWD流過(guò) 的電流作為熱量消耗掉。功率用IGBT變換器Ila由高速整流電路FRDl根據(jù)極性分配施加于輸入電路31 的交流，通過(guò)前級(jí)切換電路IGBTl和后級(jí)切換電路IGBT2進(jìn)行切換而得到交流功率，將該交 流功率施加于輸出側(cè)濾波電路30。另外，由緩沖電路CRFl將在功率用IGBT變換器Ila內(nèi) 產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)變?yōu)闊嵯?。再生用IGBT變換器lib由在中心抽頭連接公共線路33的中心抽頭型的高速整流 電路FRD2、串聯(lián)上下兩級(jí)的雙臂型的切換電路IGBT3、與切換電路IGBT3的各級(jí)并聯(lián)連接的 兩個(gè)單臂型的緩沖電路CRF2、CRF3構(gòu)成。在該再生用IGBT變換器lib中，由高速整流電路FRD2根據(jù)極性分配在IGBT變 換器11以外產(chǎn)生并從公共線路33返回來(lái)的反電動(dòng)勢(shì)，由切換電路IGBT3的各級(jí)根據(jù)極性 直接對(duì)交流進(jìn)行切換而得到再生功率，并將該再生功率通過(guò)功率用IGBT變換器11a、輸入 側(cè)濾波電路10返回交流電源1。另外，在緩沖電路CRF2、CRF3中，將在再生用IGBT變換器 lib內(nèi)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)變?yōu)闊嵯?。圖10示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的作為制造半導(dǎo)體的工序之一的對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn) 行熱處理用的半導(dǎo)體制造裝置的熱處理裝置110的一例的斜視圖。該熱處理裝置110為分 批式縱向型熱處理裝置，具有配置主要部分的殼體112。在殼體112內(nèi)的背面上側(cè)配置有反應(yīng)爐140。將裝填了多個(gè)襯底的襯底保持件130 送入該反應(yīng)爐140內(nèi)并進(jìn)行熱處理。圖11示出反應(yīng)爐140的剖視圖的一例。該反應(yīng)爐140具有石英制的反應(yīng)管142。該反應(yīng)管142為上端部封閉而下端部敞開(kāi)的圓筒形狀。在該反應(yīng)管142的下方配置有石英 制的連接部144以支承反應(yīng)管142。由反應(yīng)管142和連接部144構(gòu)成反應(yīng)容器143。另外， 在反應(yīng)容器143中的除連接部144以外的反應(yīng)管142的周?chē)渲糜屑訜崞?46。由反應(yīng)管142和連接部144形成的反應(yīng)容器143的下部敞開(kāi)，以便插入襯底保持 件130。該敞開(kāi)部分(爐口部)通過(guò)使?fàn)t口密封板148與連接部144下端部突緣的下表面 抵接而被密封閉。爐口密封板148被設(shè)置成支承襯底保持件130，并可與襯底保持件130 — 起升降。襯底保持件130以大致水平的狀態(tài)隔開(kāi)間隙地多層支承多個(gè)、例如25 100個(gè)襯 底154，并裝填在反應(yīng)管142內(nèi)。在連接部144上與連接部144 一體地設(shè)置有氣體供給口 156和氣體排出口 159。 分別在氣體供給口 156上連接有氣體導(dǎo)入管160、在氣體排出口 159上連接有排氣管162。從氣體導(dǎo)入管160導(dǎo)入氣體供給口 156的處理氣體，通過(guò)設(shè)置在連接部144側(cè)壁 部的氣體導(dǎo)入通路164、噴嘴166供給到反應(yīng)管142內(nèi)。下面，說(shuō)明如上述那樣構(gòu)成的熱處理裝置110的作用。此外，在以下的說(shuō)明中，構(gòu)成熱處理裝置110、即用于進(jìn)行熱處理的襯底處理裝置 的各部的動(dòng)作由控制器170進(jìn)行控制。首先，在將收存了多個(gè)襯底154的容器116放置在容器承載臺(tái)114上時(shí)，由容器輸 送裝置118將容器116從容器承載臺(tái)114輸送到容器擱板120，堆放在該容器擱板120上。 接著，由容器輸送裝置118，將堆放在該容器擱板120上的容器116輸送并放置在容器開(kāi)啟 器122上，由該容器開(kāi)啟器122將容器116的蓋打開(kāi)，并由襯底個(gè)數(shù)檢測(cè)器IM檢測(cè)存放在 容器116內(nèi)的襯底154的個(gè)數(shù)。然后，由襯底轉(zhuǎn)裝機(jī)1 的鉗子132( , 4 一廿)從處于容器開(kāi)啟器122的位置的 容器116中取出襯底IM并轉(zhuǎn)裝到槽口位置對(duì)準(zhǔn)器128。在槽口位置對(duì)準(zhǔn)器128，一邊使襯 底1 旋轉(zhuǎn)，一邊檢測(cè)并對(duì)準(zhǔn)槽口。接著，由襯底轉(zhuǎn)裝機(jī)1 的鉗子132從槽口位置對(duì)準(zhǔn)器 128中取出襯底154，并轉(zhuǎn)裝到襯底保持件130上。這樣，在將一批襯底IM轉(zhuǎn)裝到襯底保持件130后，將裝填了多個(gè)襯底IM的襯底 保持件130插入到例如設(shè)定為600°C左右溫度的反應(yīng)爐140(反應(yīng)容器140)內(nèi)，并由爐口密 封板148將反應(yīng)爐140內(nèi)密封。然后，將爐內(nèi)溫度升溫到熱處理溫度，并從氣體導(dǎo)入管160 通過(guò)氣體供給口 156、設(shè)置在連接部144側(cè)壁部的氣體導(dǎo)入通路164和噴嘴166將處理氣體 導(dǎo)入到反應(yīng)管142內(nèi)。當(dāng)對(duì)襯底巧4進(jìn)行熱處理時(shí)，將襯底巧4加熱到例如1000°C的設(shè)定 溫度。當(dāng)為了達(dá)到設(shè)定溫度而調(diào)節(jié)對(duì)加熱器的供給功率時(shí)，將實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器 作為上述控制器170的一部分使用。當(dāng)襯底154的熱處理結(jié)束時(shí)，在將爐內(nèi)溫度降溫到例如600°C左右的溫度后，將支 承熱處理后的襯底154的襯底保持件130從反應(yīng)爐140內(nèi)取出，在由襯底保持件130支承 的所有襯底1 冷卻的期間，使襯底保持件130在預(yù)定位置待機(jī)。接著，當(dāng)待機(jī)的襯底保持 件130的襯底154冷卻到預(yù)定溫度時(shí)，由襯底轉(zhuǎn)裝機(jī)126從襯底保持件130取出襯底154， 輸送并收存在放置在容器開(kāi)啟器122上的空的容器116內(nèi)。然后，由容器輸送裝置118將 收存了襯底154的容器116輸送到容器擱板120、或容器承載臺(tái)114，從而完成一系列的處 理。如上所述，按照實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器，能夠得到如下效果。
由于由IGBT變換器直接切換交流電源的交流電壓，因而不需要IGBT變換器前級(jí) 的二極管全波整流電路，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小型的供給功率調(diào)節(jié)器。例如，雖然全波整流電路也取決于其容量，但在200A等級(jí)中尺寸大約為 200 (W) X 350 (D) X 100 (H)。具有這樣的全波整流電路的供給功率調(diào)節(jié)器的總體尺寸大約為 600 (W) X800 (D) X 1200 (H)。在本實(shí)施方式中，由于沒(méi)有全波整流電路，因而供給功率調(diào)節(jié) 器的整體大小可以減小到大約其尺寸的80%。另外，在IGBT變換器中產(chǎn)生的電磁噪聲，由輸入側(cè)濾波電路抑制，所以能夠防止 電磁噪聲混入交流電源。因此，能夠防止在交流電源中發(fā)生噪聲故障。而且，能夠抑制在從 交流電源到IGBT變換器的輸入電纜中感應(yīng)電磁噪聲。另外，IGBT變換器的輸出中含有的高頻分量由輸出側(cè)濾波電路抑制，因此能夠衰 減供給加熱器的交流功率中的高頻分量。另外，由于具有再生用IGBT變換器并將在IGBT變換器以外產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)再生 并返回交流電源，因此能夠提高交流電源的能量效率。尤其是，IGBT變換器以高速 高頻 進(jìn)行切換動(dòng)作，反電動(dòng)勢(shì)的發(fā)生次數(shù)也相應(yīng)地增多，因而頻繁地進(jìn)行功率再生，所以非常有 助于能量效率的提高。由于在溫度變化的反饋控制中引入了對(duì)電源電壓變化進(jìn)行前饋控制、對(duì)負(fù)載變化 進(jìn)行反饋控制，因此能夠提供溫度穩(wěn)定性?xún)?yōu)良的控制系統(tǒng)。而且，可以進(jìn)行穩(wěn)定的功率控 制，使用的方便性得到改善。由于是零交叉控制，在原理上沒(méi)有無(wú)功功率，因而可以有效利用電源功率，并能提 供高效率的供給功率調(diào)節(jié)器。由于采用原有的溫度調(diào)節(jié)器9、將其輸出施加到頻率可變電路15、并輸出IGBT的 柵極控制信號(hào)，因而與現(xiàn)有系統(tǒng)具有互換性，僅稍加變更就可以很容易地從現(xiàn)有系統(tǒng)變更 為本系統(tǒng)。此外，也可以不對(duì)溫度調(diào)節(jié)器使用原有的調(diào)節(jié)器，而與電源變化或負(fù)載變化的情 況同樣地將計(jì)算功能移植到頻率可變電路15內(nèi)，使溫度調(diào)節(jié)器構(gòu)成為只檢測(cè)溫度變化的 電路。通過(guò)采用高速切換元件，能夠節(jié)省功率并可以無(wú)浪費(fèi)地得到所需的功率。尤其是， 由于使用作為高頻元件的IGBT，因而溫度響應(yīng)性?xún)?yōu)良，而且適合于厭惡噪聲的器械操作線 路附近的加熱器控制。此外，在上述的實(shí)施方式中，除對(duì)溫度變化進(jìn)行控制之外，還引入了對(duì)電源電壓變 化和負(fù)載變化兩者的控制，但也可以在溫度變化控制中只對(duì)電源電壓變化進(jìn)行控制、或在 溫度變化控制中只對(duì)負(fù)載變化進(jìn)行控制。對(duì)于前者，可以校正供給電源的電壓變化從而得 到穩(wěn)定的功率。對(duì)于后者，可以抑制加熱器的負(fù)載變化。按照本發(fā)明的實(shí)施方式，能夠減小成為使用設(shè)備的誤動(dòng)作 損壞、進(jìn)而成為外圍設(shè) 備的誤動(dòng)作的原因的高速切換時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流或高頻噪聲，因而可以輸出失真小的優(yōu)良 的正弦波。另外，上述實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器21，可以用于具有由加熱器加熱的反應(yīng)爐 的半導(dǎo)體制造裝置。反應(yīng)爐由石英管和從外部對(duì)該石英管進(jìn)行加熱的筒狀的反應(yīng)器構(gòu)成。 為了加熱該加熱器而使用實(shí)施方式的供給功率調(diào)節(jié)器。如在半導(dǎo)體制造裝置中使用上述的 供給功率調(diào)節(jié)器，就能夠得到穩(wěn)定的加熱器溫度，因此能夠得到高性能的半導(dǎo)體器件。
以下，附記本發(fā)明的優(yōu)選方式。第一方式是一種供給功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括IGBT變換器，將交流電源的 交流電壓變換為與控制信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)的交流功率，并將該交流功率供給加熱器；輸入側(cè) 濾波電路，設(shè)置在上述IGBT變換器的輸入側(cè)，用于抑制在上述IGBT變換器中產(chǎn)生的電磁噪 聲；輸出側(cè)濾波電路30，設(shè)置在上述IGBT變換器的輸出側(cè)，用于抑制從上述IGBT變換器輸 出的交流功率中含有的高頻分量；溫度變化檢測(cè)裝置，檢測(cè)上述加熱器的溫度變化；電源 變化檢測(cè)裝置，從由上述交流電源供給上述IGBT變換器的交流電壓中檢測(cè)上述交流電源 的電源變化；負(fù)載變化檢測(cè)裝置，從由上述IGBT變換器供給上述加熱器的交流功率中檢測(cè) 負(fù)載變化；以及頻率可變裝置，根據(jù)上述溫度變化檢測(cè)裝置、上述電源變化檢測(cè)裝置和上述 負(fù)載變化檢測(cè)裝置的各檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算應(yīng)供給上述加熱器的功率量，并根據(jù)該計(jì)算結(jié)果控 制施加于上述IGBT變換器的上述控制信號(hào)的頻率。按照本方式，由于由IGBT變換器直接切換交流電源的交流電壓，因而不需要IGBT 變換器前級(jí)的整流電路，因而可以實(shí)現(xiàn)小型的電源。另外，能夠由輸入側(cè)濾波電路抑制在IGBT變換器中產(chǎn)生的電磁噪聲，因而能夠防 止電磁噪聲混入交流電源。另外，由輸出側(cè)濾波電路30抑制IGBT變換器的輸出中含有的高頻分量，因而能夠 防止在供給加熱器的交流功率中含有高頻分量。另外，通過(guò)由溫度變化檢測(cè)裝置檢測(cè)溫度變化、由頻率可變裝置計(jì)算與該檢測(cè)結(jié) 果對(duì)應(yīng)的功率量，并根據(jù)該計(jì)算結(jié)果對(duì)IGBT變換器進(jìn)行頻率控制，因而能夠與溫度變化對(duì) 應(yīng)地對(duì)加熱器的供給功率進(jìn)行反饋控制。因此，能夠?qū)⒓訜崞鞯臏囟攘己玫乇３衷陬A(yù)定的 溫度。另外，當(dāng)交流電源變化時(shí)，該變化在IGBT變換器的輸入側(cè)表現(xiàn)為功率的變化。通 過(guò)由電源變化檢測(cè)裝置檢測(cè)該功率變化、由頻率可變裝置計(jì)算與該檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的功率量 并根據(jù)該計(jì)算結(jié)果對(duì)IGBT變換器進(jìn)行頻率控制，從而可以對(duì)針對(duì)電源變化的供給功率進(jìn) 行前饋控制。因此，能夠抑制在良好地進(jìn)行反饋控制時(shí)，由于電源發(fā)生變化并使對(duì)加熱器的 供給功率量發(fā)生變化而產(chǎn)生的對(duì)加熱器溫度的紊亂。另外，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，該變化表現(xiàn)為對(duì)加熱器供給的功率的變化。通過(guò)由負(fù)載變化 檢測(cè)裝置檢測(cè)該功率變化、由頻率可變裝置計(jì)算與該檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的功率量并根據(jù)該計(jì)算 結(jié)果對(duì)IGBT變換器進(jìn)行頻率控制，從而可以對(duì)針對(duì)負(fù)載變化的供給功率進(jìn)行反饋控制。因 此，能夠抑制在良好地進(jìn)行反饋控制時(shí)，負(fù)載發(fā)生變化并因負(fù)載變化使對(duì)加熱器的供給功 率量的控制產(chǎn)生很大紊亂而出現(xiàn)的加熱器溫度的紊亂。這樣，由于采用IGBT變換器、并在對(duì)溫度變化的反饋控制中引入了對(duì)電源變化的 前饋控制和對(duì)負(fù)載變化的反饋控制，所以溫度穩(wěn)定性、針對(duì)電源變換和負(fù)載變化的穩(wěn)定性 極其優(yōu)良，因而可以使加熱器溫度獲得很高的穩(wěn)定性。另外，由于在IGBT變換器中進(jìn)行高 速切換動(dòng)作，溫度響應(yīng)性?xún)?yōu)良。而且，由于是不用相位超前電容器的補(bǔ)償?shù)目刂?，使用的?便性也得到改善。進(jìn)而，由于用IGBT構(gòu)成變換器，瞬態(tài)響應(yīng)性特別優(yōu)良。而且，由于IGBT 的頻率控制是零交叉控制，能夠提高電源的效率。第二方式是另一種供給功率調(diào)節(jié)器，其特征在于，上述IGBT變換器具有將因該 IGBT變換器的切換動(dòng)作而產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)再生并返回上述交流電源的再生用IGBT變換
15器。由于IGBT變換器具有再生用IGBT變換器并將作為熱能放出的反電動(dòng)勢(shì)再生后返 回交流電源，能夠提高交流電源的能量效率。第三方式是將第一方式或第二方式的供給功率調(diào)節(jié)器用作加熱器用電源的半導(dǎo) 體制造裝置。由于具有使加熱器溫度獲得高的穩(wěn)定性的第一方式或第二方式的供給功率調(diào) 節(jié)器，從而能夠制造高性能的半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，其包括切換電路，該切換電路具有上下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上 級(jí)IGBT和下級(jí)IGBT，通過(guò)脈寬調(diào)制控制來(lái)對(duì)上述上級(jí)IGBT和上述下級(jí)IGBT的開(kāi)閉進(jìn)行控 制，從而切換從交流電源輸出的交流電壓，并調(diào)整從上述交流電源提供給負(fù)載的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，其特征在于 還包括整流電路，利用該整流電路，將上述交流電壓整流成正半波和負(fù)半波，根據(jù)極性將上述正半波和 上述負(fù)半波分給上述上級(jí)IGBT和上述下級(jí)IGBT，利用上述上級(jí)IGBT來(lái)切換上述正半波和上述負(fù)半波中的一者，利用上述下級(jí)IGBT來(lái)切換另一者。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，其特征在于 還包括緩沖電路，利用該緩沖電路，將在上述上級(jí)IGBT和上述下級(jí)IGBT關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)作為熱 能而消耗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，其特征在于 還具有與上述上級(jí)IGBT和上述下級(jí)IGBT并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，利用上述緩沖電路，將在上述上級(jí)IGBT和上述下級(jí)IGBT關(guān)閉時(shí)流過(guò)上述續(xù)流二極管 的電流作為熱能而消耗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，其特征在于 設(shè)有多個(gè)上述切換電路，上述多個(gè)切換電路被串聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，其特征在于上述多個(gè)切換電路為2個(gè)切換電路，這2個(gè)切換電路為前級(jí)的切換電路和后級(jí)的扼流 圈的一部分。
7.—種再生用IGBT轉(zhuǎn)換器，其包括切換電路，該切換電路具有上下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上 級(jí)IGBT和下級(jí)IGBT，用上述上級(jí)IGBT和上述下級(jí)IGBT對(duì)通過(guò)從交流電源向負(fù)載提供功率 而在上述負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行切換，從而得到再生功率，并將該再生功率返回給上 述交流電源。
8.一種供給功率調(diào)節(jié)器，其包括功率用IGBT轉(zhuǎn)換器和再生用IGBT轉(zhuǎn)換器，其中， 上述功率用IGBT轉(zhuǎn)換器，包括具有上下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上級(jí)功率用IGBT和下級(jí)功率用IGBT的功率用切換電路，用上述上級(jí)功率用IGBT轉(zhuǎn)換器切換從交流電源輸出的交流電 壓的正半波和負(fù)半波中的一者，用上述下級(jí)功率用IGBT轉(zhuǎn)換器切換另一者，從而調(diào)整從上 述交流電源提供給負(fù)載的功率，上述再生用IGBT轉(zhuǎn)換器，包括具有上下兩級(jí)串聯(lián)層疊的上級(jí)再生用IGBT和下級(jí)再 生用IGBT的切換電路，用上述上級(jí)再生用IGBT轉(zhuǎn)換器切換在上述負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì) 的正半波和負(fù)半波中的一者，用上述下級(jí)再生用IGBT轉(zhuǎn)換器切換另一者，從而得到再生功 率，并將該再生功率返回給上述交流電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的供給功率調(diào)節(jié)器，其特征在于 還包括整流電路，利用該整流電路將上述交流電壓整流成正半波和負(fù)半波，根據(jù)極性將該正半波和負(fù)半 波分給上述上級(jí)功率用IGBT和上述下級(jí)功率用IGBT，利用上述上級(jí)功率用IGBT來(lái)切換上述正半波和上述負(fù)半波中的一者，利用上述下級(jí) 功率用IGBT切換另一者。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的供給功率調(diào)節(jié)器，其特征在于上述功率用IGBT轉(zhuǎn)換器具有多個(gè)上述切換電路，該多個(gè)切換電路被串聯(lián)連接。
11.一種半導(dǎo)體制造裝置，具有權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的供給功率調(diào)節(jié)器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種供給功率調(diào)節(jié)器和半導(dǎo)體制造裝置。在將裝填了多個(gè)襯底的襯底保持件送入反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行熱處理的半導(dǎo)體制造裝置中，具有設(shè)置在上述反應(yīng)爐周?chē)募訜崞骱驼{(diào)節(jié)對(duì)上述加熱器的供給功率的供給功率調(diào)節(jié)器，上述供給功率調(diào)節(jié)器由將交流電源的交流電壓變換為與控制信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)的交流功率并供給上述加熱器的功率用IGBT變換器、和將因該IGBT變換器的切換動(dòng)作而產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)再生并返回交流電源的再生用IGBT變換器構(gòu)成。
文檔編號(hào)H02M5/293GK102122892SQ20101054662
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月4日
發(fā)明者石津秀雄, 鈴木雅行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三幸, 株式會(huì)社國(guó)際電氣半導(dǎo)體技術(shù)服務(wù)