[发明专利]供给功率调节器和半导体制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及对加热器供给功率的供给功率调节器和使用了该供给功率调节器的半导体制造装置。

背景技术

图3表示现有的加热器用的供给功率调节器。加热器用的供给功率调节器20，在其输入端具有与交流电源1连接的受电端子板2，在其输出端具有与加热器7连接的分配用端子板6。在受电端子板2和分配用端子板6之间连接有电源断路器3、电源变压器4、作为功率调节器的功率控制用晶闸管5。在加热器7内设置有温度测定用热电偶8。

由受电端子板2输入交流电源1，通过电源断路器3，向电源变压器4供给功率。在电源变压器4进行了变压的功率，由功率控制用晶闸管5控制，从分配用端子板6供给加热器7。由此，加热器7被加热，加热器7的温度发生变化。由温度测定用热电偶8测定该加热器温度并输入温度调节器9。温度调节器9求出由温度测定用热电偶8测定的测定温度与设定温度之差，并根据该温度差计算应供给加热器7的功率量。该计算结果被换算为相位控制量，作为控制信号从温度调节器9输出到功率控制用晶闸管5。功率控制用晶闸管5将与该控制信号的时序对应的功率供给加热器7。

这样，加热器用的供给功率调节器20，在检测加热器温度后由温度调节器9决定输出控制信号的时序，并根据该时序对功率控制用晶闸管5进行相位控制，从而控制加热器温度使其等于设定温度。

该相位控制的方法示于图4。图4的(a)示出交流电源的电压波形，图4的(b)示出控制功率控制用晶闸管的功率控制用晶闸管控制信号。在相位控制方法中，在交流电源的每一个周期内，将从功率控制用晶闸管控制信号产生时起到电源波形的零电压时的期间设为功率控制期间A，将从零电压时起到控制信号产生时的期间设为无功功率期间B。而且，对电源求出比温度稳定时所需的功率大的最大功率。因此，温度稳定时的有效功率被限制在最大功率的60％～80％左右，除此以外为无功功率，因而使电源的效率恶化。

为改善这种状况，进行了各种尝试，如采用在原理上不产生无功功率的零交叉控制、采用功率因数改善用的相位超前电容器，将有效功率的比率提高到85％以上。

零交叉控制，在电路上与图3相同，但不同点在于，一般作为功率控制用元件采用SSR(固体继电器)而不是晶闸管，并改变了其控制信号的内容。该零交叉控制的方法示于图5。图5的(a)示出交流电源的电压波形，图5的(b)示出控制SSR的功率控制用SSR控制信号。采用在电源波形的零电压时使SSR接通的触发方式，并将交流电源的规定时间(A+B)作为一个周期(一个循环时间)，将在该期间内输出功率控制用SSR控制信号并通电着的期间设为功率控制期间A，将除此以外的期间设为不消耗功率的非通电期间B。由于零交叉控制只是通/断电源，因此在原理上不产生无功功率。

另外，采用相位超前电容器的控制方式示于图6。图6的(a)的实线表示供给侧交流电源波形W1，虚线表示控制侧电源波形W2。另外，图6的(b)示出功率控制用晶闸管控制信号。当由该控制信号控制用实线表示的供给侧交流电源波形W1时，无功功率期间B较大，因此，相位角P1时的功率控制例如仅限制在70％。但是，当用功率控制用晶闸管控制信号控制由相位超前电容器使相位超前了的用虚线表示的控制侧电源波形W2时，无功功率期间B′减小相位角P2超前的量功率，从表面上看功率因数提高，功率控制增加到90％。

但是，在零交叉控制的情况下，由于对功率控制用元件采用了与绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)那样的高速切换功率控制用半导体相比接通电压较大的SSR，存在着使加热器温度的响应性恶化的问题。另外，在采用相位超前电容器的情况下，由于有相位超前电容器的补偿，需要进行对达到最大功率之前的曲线加以限制的功率调节。这是因为，由于进行着相位超前补偿，如突然升到最大功率就还要进行相位滞后补偿。因此，使用的方便性恶化。

发明内容

如上所述，在现有的采用SSR作为功率控制用元件的供给功率调节器中，在对功率控制用晶闸管进行零交叉控制来控制温度时，存在着温度的响应性恶化的问题。另外，在采用相位超前电容器的情况下，必须进行对达到最大功率之前的曲线加以限制的功率调节，因而使用的方便性恶化。进一步，两者虽然可以共用，但没有对电源变化和负载变化采取任何措施，因此存在着针对电源变化和负载变化的稳定性恶化的问题。