(57)【要約】【課題】複数の基板を一括して熱処理する反応炉を備えた熱処理装置に対して給電する電力設備の容量を小さくすることのできる熱処理システムを提供する。【解決手段】基板に対して熱処理を行うｎ個（ｎは２以上の整数）の反応炉を備えた熱処理システムにおいて、第１の電力変換部２ａ、２ｂは三相交流電力を直流電力に変換するためにｍ個（ｍは２以上の整数）設けられ、第２の電力変換部４１〜４３は、これら第１の電力変換部２ａ、２ｂに接続されて各反応炉のヒータに電力を供給する。制御部５ａ、５ｂはｎ個の反応炉のヒータ１４〜１６の消費電力の合計がｍ個の第１の電力変換部２ａ、２ｂの最大出力の合計を越えないように各反応炉の運転のシーケンスを制御する。【選択図】図２
2010259298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して当該基板に対して熱処理を行うｎ個（ｎは２以上の整数）の反応炉を備えた熱処理システムにおいて、
三相交流電力を直流電力に変換するためのｍ個（ｍは２以上の整数）の第１の電力変換部と、
これらｍ個の第１の電力変換部の各出力端が共通に接続された給電路と、
この給電路に接続され、各反応炉のヒータに電力を供給するための第２の電力変換部と、
ｎ個の反応炉のヒータの消費電力の合計がｍ個の第１の電力変換部の最大出力の合計を越えないように各反応炉の運転のシーケンスを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする熱処理システム。
【請求項２】
前記制御部は、基板が保持された基板保持部の反応炉内への搬入のタイミングを制御することにより、反応炉の運転のシーケンスを制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
【請求項３】
前記制御部は、基板が保持された基板保持部を反応炉内へ搬入する動作が同時に行われる反応炉の個数を制限するものであることを特徴とする請求項２に記載の熱処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板を基板保持具に保持して反応炉内に搬入し、一括して熱処理する熱処理システムにおいて、反応炉のヒータに電力を供給する電力設備の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場内に設置される装置の一つとして、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）などの基板を複数枚一括して熱処理を行う縦型熱処理装置がある。この装置における熱処理部である縦型の反応炉は、通常ゾーン毎に温度制御を行うため、夫々各ゾーンを受け持つ複数のヒータが配置されており、ウエハボートに多数枚のウエハを棚状に保持して当該ウエハボートを反応炉下部の開口部から搬入し、蓋体により当該開口部を塞ぎ、この状態でウエハに対して所定の熱処理が行われる。
【０００３】
熱処理装置で電力が消費される部位としてはヒータ、ガス供給系の駆動部、ウエハボートの昇降エレベータや搬送アームの駆動部、及び制御部などであるが、主たる部位はヒータである。電力設備は装置から離れた領域に設けられ、ここからケーブルを引き回して各装置に電力が供給される。
【０００４】
図１２は従来の電力設備１０００から熱処理装置１００１のヒータに電力を供給するシステムの一例を示し、商用電力を電力設備である変圧器で分配し、分配された電力をケーブル１００３によりヒータ１００４に供給している。ヒータ１００４としては、反応炉を５つのゾーンに分割して各ゾーンの加熱を行う５ヶ所のヒータを記載してある。
【０００５】
ところでヒータの消費電力は、ウエハをウエハボートに搭載して反応炉内に搬入するとき、いわゆるロード時が最大（１００％）であり、反応炉内の温度が熱処理温度に安定しているときには例えば３０％程度である。その理由はロード時には反応炉の蓋体が開いており、しかも冷たいウエハの搬入により反応炉内が冷やされるため、ヒータの消費電力が大きくなるからである。これに対して熱処理時には反応炉内は密閉雰囲気であるから、ヒータの消費電力は小さくなる。
【０００６】
従来は電力設備（変圧器）と反応炉とはケーブルにより１：１の関係で接続されているため、各電力設備の容量はヒータの消費電力の最大（１００％）時に応じた大きさに設定する必要がある。このため反応炉の運転時間に対してロードの時間の割合が小さいにもかかわらず、電力設備としては大容量の大型のものを必要とし、広い設置スペースが要求され、またコストが高かった。
【０００７】
そして半導体製造工場においては、各電力設備に対して割り当てる商用電力は、その電力設備の容量に対応する大きさであることから、縦型熱処理装置用の電力設備の容量が大きければ、工場側に大きな商用電力の割り当てを要求することになる。しかしながら工場側では電力節減を図っているためこうした要求は受け入れがたいという実情もある。
【０００８】
更にまた電力設備に不具合が生じると装置が停止してしまう問題もあった。そしてゾーン制御を行っていることから、ヒータの数に対応する本数のケーブル、例えば５ゾーンのヒータを備えている場合には１０本のケーブルを電力設備と装置（縦型熱処理装置）との間を引き回すため、メンテナンス作業時などには作業者の邪魔になると共に、配線工数も増加しコストアップの要因となっている。
【０００９】
縦型熱処理装置の電力設備としては非特許文献１に三相交流電源から受電した電力を整流器にて直流に変換し、反応炉の各ヒータの手前に設けた電圧制御器を用いてこの直流を半波直流に再度変換してからヒータに引加することにより、ヒータの力率改善及び高調波電流の低減を図った技術が記載されているが、上述の問題を解決できるものではない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】発明協会公開技報  公技番号２００３−５００８４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は複数の基板を一括して熱処理する反応炉を備えた熱処理装置に対して給電する電力設備の容量を小さくすることのできる熱処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る熱処理システムは、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持して当該基板に対して熱処理を行うｎ個（ｎは２以上の整数）の反応炉を備えた熱処理システムにおいて、
三相交流電力を直流電力に変換するためのｍ個（ｍは２以上の整数）の第１の電力変換部と、
これらｍ個の第１の電力変換部の各出力端が共通に接続された給電路と、
この給電路に接続され、各反応炉のヒータに電力を供給するための第２の電力変換部と、
ｎ個の反応炉のヒータの消費電力の合計がｍ個の第１の電力変換部の最大出力の合計を越えないように各反応炉の運転のシーケンスを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
前記制御部は、例えば基板が保持された基板保持部の反応炉内への搬入のタイミングを制御することにより、反応炉の運転のシーケンスを制御するものである。また前記制御部は、例えば基板が保持された基板保持部を反応炉内へ搬入する動作が同時に行われる反応炉の個数を制限するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、複数の基板に一括して熱処理を行うｎ個（ｎは２以上の整数）の反応炉を備えた熱処理システムにおいて、三相交流電力を直流電力に変換するためのｍ個（ｍは２以上の整数）の第１の電力変換部により電力設備を構成すると共に、装置側では各反応炉のヒータに電力を供給するための第２の電力変換部を設け、ｎ個の反応炉のヒータの消費電力の合計がｍ個の第１の電力変換部の容量（最大出力）の合計を越えないように各反応炉の運転のシーケンスを制御している。従って各電力設備である第１の電力変換部の容量は、反応炉のヒータの消費電力の最大（１００％）時よりも小さくなるので、電力設備の小型化を図ることができ、また電力設備の容量が小さくなることから、工場側に要求する商用電力も小さくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態に係る成膜装置の全体構成を示す縦断側面図である。
【図２】前記成膜装置を複数個備えた熱処理システムの電力供給系統を示す系統図である。
【図３】前記熱処理システムの電力供給系統に設けられたコンバータ及びインバータの構成を示す回路図である。
【図４】前記熱処理システムの外観構成を示す斜視図である。
【図５】前記熱処理システム内の成膜装置内に設けられた装置制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】前記熱処理システム内の各成膜装置の動作シーケンスを示す説明図である。
【図７】熱処理システム内に３台の成膜装置が設けられている場合の動作シーケンスを示す説明図である。
【図８】他の実施の形態に係る熱処理システムの電力供給系統を示す系統図である。
【図９】さらに他の実施の形態に係る熱処理システムの電力供給系統を示す系統図である。
【図１０】前記さらに他の実施の形態に係るコンバータ及び降圧チョッパ回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】前記さらに他の実施の形態に係る回路の第２の構成例を示すブロック図である。
【図１２】従来の電力設備の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明の熱処理システムが適用される縦型熱処理装置の一例を示す縦断側面図である。以下、図１に示した縦型熱処理装が、成膜用のガスを供給して装置内を加熱することによりウエハＷへの成膜を実行する成膜装置として構成されている場合について説明する。図１中１１は例えば縦長の円筒状に形成された石英製の反応容器であり、この反応容器１１の下端は、処理対象であるウエハＷの搬入出口（炉口）として開口しており、この開口部１１１の周縁にはフランジ部１１２が一体に形成されている。
【００１７】
反応容器１１の下方には、フランジ部１１２の下面に当接して開口部１１１を気密に閉塞する石英製の蓋体１１３が設けられており、この蓋体１１３の中央部には回転軸１１４が貫通して設けられている。回転軸１１４の上端部には、多数の基板であるウエハＷを互いに並列に棚状に保持する基板保持具であるウエハボート１１５が搭載されている。一方、回転軸１１４の下端部には、当該回転軸１１４を回転させる駆動部をなすモータＭが設けられていると共に、回転軸１１４は蓋体１１３の上面に配置された保温ユニット１１６によってその周囲を囲まれている。
【００１８】
これら蓋体１１３、回転軸１１４、ウエハボート１１５及び保温ユニット１１６は、蓋体１１３の底面側に設けられた不図示のボートエレベータによって蓋体１１３を昇降させることにより、反応容器１１内とその下方側の位置との間を移動することができる。そしてウエハＷを保持したウエハボート１１５が反応容器１１内に搬入された状態が搬入（ロード）位置、このウエハボート１１５が反応容器１１から搬出された状態が搬出（アンロード）位置となる。
【００１９】
また反応容器１１の下部のフランジ部１１２には、反応容器１１内のウエハＷにガスを供給するためのインジェクタ１１７が挿入されており、インジェクタ１１７の基端側には不図示のガス供給源及びこのガス供給源から供給されるガスの供給量を調節する調節機構を備えたガスコントローラ１７が接続されている。また反応容器１１の上方には、当該反応容器１１内を排気するための排気口が形成されており、この排気口には排気管１２０が設けられている。排気管１２０は、反応容器１１内が所望の真空度となるように真空排気を行う真空ポンプ１１８に接続されている。
【００２０】
反応容器１１の周囲には、筒状の断熱材１２１がベース体１２２上に固定されており、この断熱材１２１の内側には例えば抵抗発熱体からなるヒータが例えば上下に複数分割して設けられている。既述のように、この種の熱処理装置１においては、ヒータの分割数は例えば４段や５段となっているものがあるが、説明の便宜上、本例においてヒータは、下段、中段、上段の３段に分割されており、分割されたヒータには下段側の１段目から順に１４〜１６の符号を割り当てるものとする。そしてウエハＷの加熱処理雰囲気は加熱制御をする上で上下方向に３つのゾーン（上段、中段、下段）に分けられており、各ヒータ１４〜１６は、各ゾーン（分割領域）の加熱を受け持つように構成されている。そして、以上に説明した反応容器１１、断熱材１２１、ヒータ１４〜１６などは、本発明の反応炉に相当している。
【００２１】
また反応容器１１内には、各ヒータ１４〜１６に対応した高さ位置に例えば熱電対からなる内部温度センサＴＣ１〜ＴＣ３が設けられており、これら内部温度センサＴＣ１〜ＴＣ３は、例えば蓋体１１３に固定された固定棒１３の下段、中段、上段の位置に各々配設されている。
【００２２】
この熱処理装置１は、反応容器１１内へのウエハＷの搬入（ロード）や搬出（アンロード）、反応容器１１内の温度制御や各ヒータ１４〜１６への電力供給などの動作制御を実行するための装置制御部５を備えている。装置制御部５は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には当該熱処理装置１の作用、即ち、ウエハＷが並列に保持されたウエハボート１１５を反応容器１１内に搬入したのちウエハＷへの成膜処理を実行してから、ウエハボート１１５を反応容器１１から搬出するまでの動作に係わる制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００２３】
本実施の形態に係る熱処理装置１は、ヒータ１４〜１６へ供給される電力を複数の熱処理装置１間で共同して管理するシステムを構成することにより、これらの複数台の熱処理装置１におけるトータルの消費電力を平準化して電力供給系統の最大負荷を抑えることが可能となっている。以下、当該システムの詳細な構成について説明する。
【００２４】
図２は、図１を用いて説明した熱処理装置１と同様に、装置内に各々１個の反応炉を備えた例えば２台の熱処理装置１ａ、１ｂにて電力の供給系統を共用する熱処理システムの電力供給系統を示している。当該熱処理システムは、例えば電圧が数百Ｖの商用の三相交流電源２０ａ、２０ｂに接続された第１の電力変換部である例えば２個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂを備えている。各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂにはコンバータ側給電路２０１、２０２が接続されており、これらは互いに合流して共通給電路２０３となった後、熱処理装置１ａ、１ｂの装置側給電路２０４に接続されている。そして熱処理装置１ａ、１ｂの各電力消費端末は、この装置側給電路２０４に並列に接続されている。
【００２５】
ここで各熱処理装置１ａ、１ｂの電力消費端末は、互いに共通の構成となっているので、図１に記載の熱処理装置１を参照しながらこれらの説明をしておくと、各装置１ａ、１ｂ内の装置側給電路２０４には第２の電力変換部であるインバータ３１〜３３を介してヒータ１４〜１６が接続されており、ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂから供給された電力は、これらインバータ３１〜３３にて例えば電圧が数百Ｖの交流に再変換された後、各ヒータ１４〜１６へと供給されるようになっている。
【００２６】
またインバータ３１〜３３は、各々ヒータコントローラ４１〜４３と接続されており、このヒータコントローラ４１〜４３の指令値に基づいてヒータ１４〜１６への供給電力を増減することができる。ヒータコントローラ４１〜４３は、各ヒータ１４〜１６に対応した高さ位置に設けられた既述の内部温度センサＴＣ１〜ＴＣ３と各々接続されており、反応容器１１内の下段、中段、上段の各ゾーンの温度を検出した結果を取得して、装置制御部５から取得した温度設定値と比較し、温度設定値に対する検出温度の偏差に応じた大きさの指令値をインバータ３１〜３３に向けて出力する例えばＰＩＤ制御を実行する構成となっている。
【００２７】
また本例では分岐した装置側給電路２０４の一本は、チョッパ３４を介してガスコントローラ１７に接続されており、ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂから供給された電力がチョッパ３４にて電圧調整された後、直流のままガスコントローラ１７へと供給されるようになっている。
【００２８】
ヒータ１４〜１６など、熱処理装置１の主要な電力消費端末を説明したが、熱処理装置１内の電力消費端末はこれらの例に限定されるものではない。例えば装置制御部５の制御電力や蓋体１１３を昇降させるボートエレベータ、回転軸１１４を回転させるモータＭなどについても、ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの負荷として装置側給電路２０４に接続されているが、図１や図２などではその記載を省略してある。
【００２９】
以上に図１を用いて説明したヒータ１４〜１６やガスコントローラ１７、インバータ３１〜３３やヒータコントローラ４１〜４３などは、図２に示した熱処理システム内の各熱処理装置１ａ、１ｂにほぼ同様の構成で設けられている。これらのうち、図１で示したものと同様の構成には各々図１と同じ符号を付し、「ａ、ｂ」の添え字を加えて２台の熱処理装置１ａ、１ｂを区別してある。
【００３０】
図３は各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂ（総括的にＰＷＭコンバータ２と示してある）及びインバータ３１（３２、３３）の構成を示す回路図であり、ＰＷＭコンバータ２は６個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２１０を備えた三相ブリッジ回路として構成されている。図中、Ｌ１１〜Ｌ３２はリアクトル、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサである。また、インバータ３１（３２、３３）についても４個のＩＧＢＴ３１０を備えた二相ブリッジ回路として構成されていている。図中、Ｌ４はリアクトル、Ｃ５〜Ｃ６はコンデンサである。
【００３１】
以上に説明した構成を備えた熱処理システムにおいて、２個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの容量（許容最大負荷）は次のように設定されている。即ち、本実施の形態では、２個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂと２台の熱処理装置１ａ、１ｂとに１：１の対応付けをせず、２つの電源（ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂ）全体で２台の熱処理装置１ａ、１ｂの使用電力を確保している。
【００３２】
そして２台の熱処理装置１ａ、１ｂにおいて各ヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの消費電力は、例えば背景技術にて説明したように、加熱されていない冷えたウエハＷが反応容器１１内に搬入されるウエハＷのロード時のタイミングにおいて最大となり、ウエハＷが搬入された後、反応容器１１が蓋体１１３で密閉された後のタイミングなどにおいては上述の最大値よりも小さな消費電力にて安定するといったように、熱処理の運転シーケンスの状態によって大きく変化する。このため、これらヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの負荷が同時に１００％となる運転を予め制限しておくことにより、各ヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの消費電力の合計がＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの容量を超えないようにしている。
【００３３】
上述の観点から、２個の反応炉と２個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂとを備えた本熱処理システムにおいて、ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの合計の容量Ｑは以下の（１）式により決定される。  
Ｑ＝（１００％負荷時のヒータの消費電力）×（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉１台）＋（安定しているヒータの消費電力）×｛（反応炉合計２台）−（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉１台）｝＋（制御電力）×（反応炉を備えた熱処理装置の合計２台）＋予備電力  …（１）
【００３４】
従ってヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの１００％負荷や安定時の負荷、制御電力（ボートエレベータの昇降やモータＭの駆動、ガスコントローラ１７ａ、１７ｂの消費電力なども含む）を予め把握しておくことにより、ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの合計の容量を決定することが可能となり、各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの各容量についても例えば平準化した負荷「Ｑ／２」の値などから設計することができる。
【００３５】
図４は、図２に示した熱処理システムの外観構成を示す斜視図であり、図１の縦断側面図では説明できなかったものを含めた熱処理装置１ａ、１ｂの主要な構成要素を挙げると、筐体である装置本体１０１と、ウエハＷの搬送容器（ウエハキャリアあるいはＦＯＵＰ）の搬入出が行われる搬入ポート１０２と、装置本体内に搬入された搬送容器からウエハＷを取り出し、基板保持具であるウエハボート１１５にウエハＷを搭載する基板搬送手段である不図示のウエハ搬送手段と、既述の反応炉（反応容器１１、断熱材１２１、ヒータ１４〜１６など）とを備えたものである。この例では１つの装置（縦型熱処理装置）に１個の反応炉が設けられているが、後述するように１つの装置に複数個の反応炉が設けられる場合もある。
【００３６】
また図４には、配電領域及び給電線であるケーブルについてのイメージを併せて示してあり、図中２０５は２個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの出力を重畳する結合器、２０６は共通のケーブル（共通給電路２０３）から送られた電力を各熱処理装置１ａ、１ｂに分配する分配器である。
【００３７】
また、図２に示すように熱処理装置１ａの装置制御部５ａと熱処理装置１ｂの装置制御部５ｂとは、信号ケーブル５０により接続されていて、互いに通信ができるようになっている。これら装置制御部５ａ、５ｂ（図１にて説明した装置制御部５に相当する）は、既述のようにコンピュータにより構成され、図５に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）５１ａ（５１ｂ）、ウエハＷに対して熱処理である成膜処理を行うときの処理手順を記載したレシピを格納するレシピ格納部５２ａ（５２ｂ）、自己の熱処理装置１ａ（１ｂ）において反応容器１１内へのウエハボート１１５の搬入（ロード）を行うタイミングを判断するタイミング判断部５４ａ（５４ｂ）、及び他の熱処理装置１ｂ（１ａ）に対して通信を行うための通信部５３ａ（５３ｂ）を備えている。
【００３８】
既述のように本例に係る熱処理システムは、２台の熱処理装置１ａ、１ｂについて、ヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの負荷が同時に１００％とならないように運転することが必要であることから、一方の熱処理装置１ａ（１ｂ）のタイミング判断部５４ａ（５４ｂ）により、他方の熱処理装置１ｂ（１ａ）の運転状況に基づいて当該一方の熱処理装置１ａ（１ａ）の運転を制御するようにしている。
【００３９】
ここでヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの負荷が１００％になる状態は、ウエハＷを反応容器１１内にロードするときである。その理由は冷たいウエハＷが反応容器１１内に搬入され、しかも反応容器１１の開口部１１１が開いている状態であるためにヒータの供給電力を最大にするように制御がかかるからである。これに対してロード後にウエハＷの温度が安定した後においては、ヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの負荷は例えば３０％程度になる。
【００４０】
そこで一方の熱処理装置１ａ（１ｂ）のタイミング制御部５４ａ（５４ｂ）は、通信部５３ａ（５３ｂ）を介して他方の熱処理装置１ｂ（１ａ）の運転状況を問い合わせ、当該他方の熱処理装置１ｂ（１ａ）が反応容器１１内へのウエハＷの搬入動作を行っていなければ、ウエハＷの搬入動作を許可することになる。また、ロード後にウエハＷの温度が安定する前にプロセス処理時の温度まで昇温を開始する場合もあるので、この場合にはウエハＷを搬入した後の昇温の工程を行っている熱処理装置１ａ、１ｂがないことを条件にウエハＷの搬入動作を許可してもよい。
【００４１】
ウエハＷの搬入が終了した直後においてはヒータ１４ａ〜１６ａ（１４ｂ〜１６ｂ）の負荷は依然大きいことから、例えばウエハＷの搬入が終了した後、一定の時間が経過した後に許可するようにしてもよい。その後の一連の動作については、ＣＰＵ５１ａ（５１ｂ）がレシピ格納部５２ａ（５２ｂ）からレシピを読み出し、各ゾーンを担当しているヒータ１４ａ〜１６ａ（１４ｂ〜１６ｂ）のヒータコントローラ４１ａ〜４３ａ（４１ｂ〜４３ｂ）に温度指令値を出力し、またガスコントローラ１７ａ（１７ｂ）の制御信号を出力することになる。
【００４２】
また図２、図３に示した６は熱処理装置１ａ、１ｂの稼動状態に応じて２つのＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの動作を制御し、またこれらＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの稼動状態に応じて熱処理装置１ａ、１ｂの稼動を制御する上位コンピュータであるシステム制御部である。システム制御部６は、例えば予め設定された定格電圧を各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの設定電圧として出力するようになっている。また例えばＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂに異常が発生していずれか一方が停止した場合などには、残るＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂから供給可能な電力に応じて熱処理装置１ａ、１ｂ側の消費電力を削減するように、これら熱処理装置１ａ、１ｂの稼動調整を行う指令を出す機能も備えている。
【００４３】
以上に説明した熱処理システムの作用について説明する。先ず各装置にて実行される一連の動作について説明すると、搬入ポート１０２にウエハＷの搬送容器が載置されると、この搬送容器が装置本体１０１内に取り込まれ、ウエハ搬送手段によって搬送容器からウエハボート１１５へのウエハＷの移載が行われる。ウエハＷの移載を終えると、ボートエレベータにより蓋体１１３を上昇させてウエハボート１１５を反応容器１１内に搬入し、蓋体１１３により反応容器１１の開口部１１１を閉じる（ロード）。
【００４４】
そして真空ポンプ１１８により反応容器１１内を真空排気した後、インジェクタ１１７から成膜用のガスを供給しつつヒータ１４〜１６により反応容器１１内の雰囲気及びウエハＷを昇温して、これらが予め設定した温度に達してウエハＷの温度が安定したらそのままプロセス処理を実行する。
【００４５】
そして所定時間プロセス処理を実行したらヒータ１４〜１６による加熱を停止し、ウエハＷや反応容器１１内を降温した後、蓋体１１３を降下させて反応容器１１からウエハボート１１５を搬出する。ウエハボート１１５の搬出を終えたらウエハボート１１５から搬送容器へのウエハＷの移載を実行し、搬入時とは逆の経路で搬送容器を搬入ポート１０２まで搬送して一連の動作を終える。
【００４６】
ここで図６の上段側には、上述した熱処理装置１ａの一連の動作（Ａ１〜Ａ５）が記載されており、熱処理装置１ｂについても同図の下段に記載されている（Ｂ１〜Ｂ５）。この図６は横方向が時間軸になっており、従ってこの例では熱処理装置１ａ、１ｂが同時にロードになっていないが、熱処理装置１ｂがロードを開始しようとして熱処理装置１ａに問い合わせたときにその時点がロードの動作中であれば、熱処理装置１ｂの装置制御部５ｂは、熱処理装置１ａのロードが終了するまで待機し、この動作が終了した後に当該熱処理装置１ｂでのロードを開始する。
【００４７】
このとき各熱処理装置１ａ、１ｂへの電力の供給に関して述べておくと、各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂにより商用の三相交流電力が直流電力に変換され、夫々コンバータ側給電路２０１、２０２に出力される。これら直流電力は結合器２０５により重畳され、共通給電路２０３、分配器２０６及び装置側給電路２０４を介して各熱処理装置１ａ、１ｂへ供給される。
【００４８】
各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの出力電圧の指令値はこの例では既述のシステム制御部６から出力され、各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂは、受け取った電圧指令値と電圧センサ６１の電圧検出値との偏差に基づいて三相ブリッジ回路の各ＩＧＢＴ２１０の点弧のタイミングつまり各相の位相を制御するタイミング信号を出力する。このため熱処理装置１ａ、１ｂ側で消費される電力が大きくなると、各コンバータ側給電路２０１、２０２の電圧が下がろうとし、このため各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの出力電圧も下がろうとするので、三相ブリッジ回路の各トランジスタのオン時間が長くなるようにタイミング信号（制御信号）が出力され、これにより各熱処理装置１ａ、１ｂに供給される直流電圧が一定に保持される。
【００４９】
また一方のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂが故障により停止するなどの異常が発生した場合には、システム制御部６は当該異常が発生した旨の信号を各熱処理装置１ａ、１ｂに向けて出力する。各熱処理装置１ａ、１ｂにおいてはレシピ格納部５２ａ、５２ｂに予め記憶されていた電力供給系統の異常発生時用のレシピ情報に基づき、例えば消費電力が最大となるロード時からプロセス処理温度までの昇温スピードを遅くしたり、反応容器１１へのウエハＷの搬入枚数を減らしたりしてヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの負荷を落とすなど、１個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂにて供給電力を賄える程度の負荷まで各熱処理装置１ａ、１ｂの消費電力を低減したうえで両装置１ａ、１ｂの運転を継続する。
【００５０】
ここで例えば昇温スピードを遅くすることにより各熱処理装置１ａ、１ｂの消費電力を低減する場合には、各熱処理装置１ａ、１ｂは１個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂにて供給可能な電力に見合うようにウエハＷの昇温スピードを遅くするレシピを予め記憶している。そしていずれかのＰＭＷコンバータ２ａ、２ｂに異常が発生したことをシステム制御部６が検知すると、システム制御部６から各熱処理装置１ａ、１ｂへ向けてその旨の信号が出力される。この結果、各熱処理装置１ａ、１ｂでは、新たなレシピが選択され、その
レシピに基づいてウエハＷの昇温スピードを遅くし、これにより電力の制約の範囲内での運転が継続される。
【００５１】
図２に示した例ではＰＭＷコンバータ２ａ、２ｂが２個、熱処理装置１ａ、１ｂが２台の例を示したが、一般的にＰＭＷコンバータ２がｍ個（ｍは２以上の整数）、熱処理装置１がｎ台（ｎは２以上の整数）のときには例えば以下の要領で昇温スピードの調節が行われる。各熱処理装置１は、全熱処理装置１の合計の消費電力の最大値が残るＰＷＭコンバータ２にて供給可能な電力に見合うように、ウエハＷの昇温スピードを遅くする複数種類のレシピを１個〜ｋ個（１≦ｋ≦ｍ−１の整数）のＰＷＭコンバータ２が停止した各ケースに対応付けて記憶している。
【００５２】
これらのレシピは、例えばレシピ自体の識別符号やレシピ内に記憶されているウエハＷの昇温スピード、ＰＷＭコンバータ２の停止個数や稼動している（ｍ−ｋ）個のＰＷＭコンバータ２から供給可能な最大電力など、レシピを選択するための情報と対応付けて記憶されている。そしてＰＷＭコンバータ２に異常が発生した場合には、システム制御部６は異常の発生したＰＷＭコンバータ２の個数（または稼動を継続しているＰＭＷコンバータ２の個数）に応じてレシピを選択するための情報を示す信号を出力する。この結果、各熱処理装置１では新たなレシピが選択され、このレシピに基づいてウエハＷの昇温スピードを遅くし、これにより稼動を継続しているＰＷＭコンバータ２にて供給可能な電力の範囲内での運転が継続される。
【００５３】
またシステム制御部６を介さず、異常が発生した旨の信号を各熱処理装置１がＰＷＭコンバータ２から直接取得し、異常の発生したＰＷＭコンバータ２の個数に対応付けて予め記憶されているレシピを選択することにより昇温スピードを遅くして、この結果、熱処理装置１のトータルの消費電力が残るＰＷＭコンバータ２にて供給可能な電力の範囲内となるようにしてもよい。  
また以上の説明では、ウエハＷの昇温スピードを遅くする場合の例を中心に説明したが、各熱処理装置１へのウエハＷの搬入枚数を減らす場合についても上述の各例と同様の要領により熱処理装置１の消費電力を減らすことができる。
【００５４】
本実施の形態に係る熱処理システムによれば以下の効果がある。複数のウエハＷに一括して熱処理を行うｎ個（ｎは２以上の整数、本例ではｎ＝２）の反応炉（反応容器１１、断熱材１２１、ヒータ１４〜１６など）を備えた熱処理システムにおいて、三相交流電力を直流電力に変換するためのｍ個（ｍは２以上の整数あり、本例ではｍ＝２）のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂにより電力設備を構成すると共に、熱処理装置１ａ、１ｂ側では各反応炉のヒータ１４〜１６に電力を供給するためのインバータ３１〜３３を設け、ｎ個の反応炉のヒータ１４〜１６の消費電力の合計がｍ個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの容量（最大出力）の合計を越えないように各反応炉の運転のシーケンスを制御している。従って各電力設備であるＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの容量は、反応炉のヒータ１４〜１６の消費電力の最大（１００％）時よりも小さくなるので、電力設備の小型化を図ることができ、また電力設備の容量が小さくなることから、工場側に要求する商用電力も小さくて済む。そして容量が小さくなることにより設置スペースの小型化も図ることができる。
【００５５】
また２つのＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂによって熱処理装置１ａ、１ｂの電源系統が冗長化されているので、既述のようにＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂに異常が発生していずれか一方が停止した場合などにも熱処理装置１ａ、１ｂのヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂの負荷を低減するなどして熱処理システムの運転を継続することができる。  
また各ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂと熱処理装置１ａ、１ｂとが１：１に対応付けられておらず、共通の装置側給電路２０４に各熱処理装置１ａ、１ｂの電力消費端末が並列に接続されているので、電力設備は装置から離れた領域から引き回される例えば共通給電路２０３などのケーブルの本数が２本になる。このため背景技術にて説明した１０本ものケーブルを引き回す場合と比較してメンテナンス作業時などにおける作業性の向上やコスト低減に寄与する。
【００５６】
本熱処理システムを適用可能な熱処理装置の台数（特許請求の範囲の「反応炉の個数」に相当する）については２台に限られず、３台以上であってもよい。この場合、例えばヒータ１４〜１６の１００％負荷を２台許容するようにしてもよいし、１台のみ許容するようにしてもよい。図７は例えば３台の熱処理装置１ａ〜１ｃを備えるシステムにおいて、２台までの１００％負荷を許容している場合である。
【００５７】
各装置のタイミング制御は例えば既述の実施の形態にて説明した場合と同様に、各熱処理装置１ａ〜１ｃの装置制御部間にて通信を行い、ロードの開始タイミングを判断するようにしてもよい。つまり熱処理装置１ｃがこれからロードしようとするときに、他の熱処理装置１ａ、１ｂに問い合わせを行い、その時点において双方の熱処理装置１ａ、１ｂがロードの動作中であれば、熱処理装置１ｃは、いずれかの熱処理装置１ａ、１ｂのロードが終了するまで待機し、この動作が終了した後に当該熱処理装置１ｃでのロードを開始するといった場合が考えられる。
【００５８】
ここで３台の熱処理装置１ａ〜１ｃのうち、１台のみの１００％負荷を許容する場合には、２個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂの合計の容量Ｑ１は以下の（２）式にて決定される。  
Ｑ１＝（１００％負荷時のヒータの消費電力）×（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉１台）＋（安定しているヒータの消費電力）×｛（反応炉合計３台）−（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉１台）｝＋（制御電力）×（反応炉を備えた熱処理装置の合計３台）＋予備電力  …（２）
【００５９】
また装置２台を許容する場合には、２個のＰＷＭコンバータの合計の容量Ｑ２は以下の（３）式にて決定される。  
Ｑ２＝（１００％負荷時のヒータの消費電力）×（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉２台）＋（安定しているヒータの消費電力）×｛（反応炉合計３台）−（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉２台）｝＋（制御電力）×（反応炉を備えた熱処理装置の合計３台）＋予備電力  …（３）
【００６０】
また例えば熱処理装置５台が接続され、２台まで同時ロードが許容されるときには２個のＰＷＭコンバータの合計の容量Ｑ３は以下の（４）式にて決定される。  
Ｑ３＝（１００％負荷時のヒータの消費電力）×（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉２台）＋（安定しているヒータの消費電力）×｛（反応炉合計５台）−（ヒータの１００％負荷を同時に許容する反応炉２台）｝＋（制御電力）×（反応炉を備えた熱処理装置の合計５台）＋予備電力  …（４）
【００６１】
ここでＰＷＭコンバータ２の個数は２個でなくとも３個以上であってもよい。また上述の各例においては、ＰＷＭコンバータ２の個数が熱処理装置１の台数以下である場合を例示しているが、ＰＷＭコンバータ２の個数の方が熱処理装置１の台数よりも多くてもよい。例えば５０ｋＶＡのＰＷＭコンバータ２を４個使って最大消費電力が１００ｋＷの熱処理装置１を３台稼動させる場合などにおいても、３台の熱処理装置１の消費電力の合計が４個のＰＷＭコンバータ２の容量（最大出力）の合計を越えないように各熱処理装置１の運転のシーケンスを制御する場合などにおいて本発明は有効である。またこれら複数のＰＷＭコンバータ２の容量は互いに同じでなくともよい。
【００６２】
上述の例では、各熱処理装置１ａ、１ｂの装置制御部５ａ、５ｂ間の通信によりウエハＷの搬入を開始するタイミング（ヒータ１４〜１６の負荷が１００％となるタイミング）を判断しているが、上位コンピュータ（例えば図２に示したシステム制御部６）が各装置１ａ、１ｂの運転状況を把握するように構成すると共に、各装置１ａ、１ｂがウエハＷの搬入を行う際に上位コンピュータに許可を取りに行くようにしてもよい。
【００６３】
図８は、例えば図４に図示した熱処理装置１ａ、１ｂのうちの一方側の装置本体１０１内に２個の反応炉１０ａ、１０ｂ（及びその付属設備であるインバータ３１ａ〜３３ａ、３１ｂ〜３３ｂ、ヒータコントローラ４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂ、ガスコントローラ１７ａ、１７ｂ等）を備えた熱処理装置１ｄを示している。本例においても２個のＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂと２個の反応炉１０ａ、１０ｂとに１：１の対応付けをせず、２つの電源（ＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂ）により２個の反応炉１０ａ、１０ｂの使用電力を確保する本発明の熱処理システムを適用することができる。
【００６４】
また図９に記載の熱処理装置１ｅ、１ｆに示すように、各反応炉のヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂに供給する電力は、既述の交流電力の例に限定されず、直流電力にて供給してもよい。この例では例えば２００Ｖで受電した商用の三相交流電力をＰＷＭコンバータ２ａ、２ｂにて６００Ｖの直流電力に昇圧し、第２の電力変換部である各高圧チョッパ７１ａ〜７３ａ、７１ｂ〜７１ｂにて１００Ｖの直流電力に降圧してヒータ１４ａ〜１６ａ、１４ｂ〜１６ｂへと供給している。電力の消費端末に直流の状態で電力を供給することにより、力率ロスの発生を抑えることができる。
【００６５】
この場合には降圧チョッパ７１ａ〜７３ａ、７１ｂ〜７３ｂは、例えば図１０のブロック図に降圧チョッパ７１（７２、７３）として総括的に示すように、ヒータ１４（１５、１６）に印加される直流電力の電流値と電圧値とを各々電流センサ７０３、電圧センサ７０４で監視しながら電力制御部７０２により降圧チョッパ回路７０１におけるパルス変調のデューティ比をきめ細かく調整することにより、高精度の電力制御が可能となっている。
【００６６】
また図９、図１０に示した例において、図１１に示すように降圧チョッパ７１（７２、７３）とヒータ１４（１５、１６）との間にインバータ部７０を設け、降圧チョッパ７１（７２、７３）から供給される直流電流の流れる方向を定期的に、例えば各プロセス毎に、若しくは１日に数回、あるいは数日毎に逆転させることにより、例えば抵抗発熱体からなるヒータ１４（１５、１６）でのエレクトロマイグレーションの発生を抑制してもよい。ここで図１１では、図１０に示した降圧チョッパ７１（７２、７３）のうち降圧チョッパ回路７０１の部分を抜き出して回路表示してある。
【００６７】
図１１に示した例ではインバータ部７０は例えば４個のＩＧＢＴ７０５〜７０８を備えた二相ブリッジ回路として構成されており、本例ではＩＧＢＴ７０５、７０８をオンとし、ＩＧＢＴ７０６、７０７をオフとすることにより「Ａ→Ｂ」の方向に向けてヒータ１４（１５、１６）に電流を流し、またＩＧＢＴ７０６、７０７をオンとし、ＩＧＢＴ７０５、７０８をオフとすることにより「Ｂ→Ａ」の方向に向けて流れる。このような電流の流れ方向の切り替えを定期的に行うことにより、ヒータ１４（１５、１６）における電子の流れ方向が定期的に反転し、これに伴って抵抗発熱体を構成する例えば金属原子の拡散方向が反転するので、例えば同じ方向に電流を流し続ける場合に比べて各ヒータ１４（１５、１６）におけるエレクトロマイグレーションの進行を抑えることができる。
【００６８】
上述の各実施の形態においては、三相交流電源から受電した電力をＰＷＭコンバータ２（第１の電力変換部）により直流電力に変換する例を示したが、三相交流電力の例に限られず、他の手法により受電した交流電力についても本発明は適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
Ｗ          ウエハ
１、１ａ〜１ｆ
熱処理装置
１１        反応容器
１１５      ウエハボート
１４〜１６  ヒータ
１７        ガスコントローラ
２、２ａ、２ｂ
ＰＷＭコンバータ
２０ａ、２０ｂ
三相交流電源
３１〜３３  インバータ
４１〜４３  ヒータコントローラ
５        装置制御部
６        システム制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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