KR20230124728A - 히터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

히터 제어 장치는, 원판형의 기재와, 기재에 부착된 통형의 지지체와, 기재에 배치된 제1 발열체와, 제1 발열체와 동심형으로 배치된 적어도 하나의 제2 발열체와, 제1 발열체의 제1 온도를 측정하는 온도 센서와, 적어도 하나의 제2 발열체에 공급되는 전류를 측정하는 적어도 하나의 전류 센서와, 제1 온도가 목표 온도에 근접하도록 제1 제어 신호를 출력하는 제1 온도 조절기와, 제1 제어 신호에 따라 제1 발열체에 공급되는 제1 전력을 제어하는 제1 전력 제어기와, 제2 발열체에 공급되는 제2 전력을 제어하는 제2 전력 제어기와, 제2 발열체의 온도를 구하는 연산기를 구비한다. 제2 전력 제어기는, 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 제2 전력을 위상 제어 방식에 의해 제어하고, 연산기는, 적어도 하나의 전류 센서의 측정값에 기초하여 제2 발열체의 온도를 구한다.

Description

히터 제어 장치

본 개시는 히터 제어 장치에 관한 것이다.

본 출원은 2021년 1월 29일자의 일본국 출원의 특원2021-12977에 기초한 우선권을 주장하며, 상기 일본국 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.

특허문헌 1은, 반도체 웨이퍼 상에 금속 박막을 마련하는 성막 장치를 개시한다. 이 성막 장치는, 배치대에 마련된 가열 수단과, 배치대에 실린 반도체 웨이퍼의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 가열 수단의 발열량을 제어하는 제어 수단과, 배치대의 하부를 지지하는 지지 부재를 구비한다. 가열 수단은, 반도체 웨이퍼의 중앙부와 둘레 가장자리부를 각각 가열하기 위한 제1 히터 및 제2 히터를 구비한다. 제어 수단은, 배치대의 중앙부의 온도 검출값에 기초하여 제1 히터의 공급 전력을 제어한다. 또한 제어 수단은, 제1 히터의 공급 전력에 대하여 미리 정해진 비율의 전력을 제2 히터에 공급하도록 구성되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2009-74148호 공보

본 개시의 히터 제어 장치는, 원판형의 형상을 갖는 기재와, 상기 기재에 동축형으로 부착된 통형의 지지체와, 상기 기재의 중심을 포함하는 영역에 배치된 제1 발열체와, 상기 제1 발열체와 동심형으로 배치된 적어도 하나의 제2 발열체와, 상기 제1 발열체의 제1 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 적어도 하나의 제2 발열체에 공급되는 전류를 측정하는 적어도 하나의 전류 센서와, 상기 제1 온도가 목표 온도에 근접하도록 제1 제어 신호를 출력하는 제1 온도 조절기와, 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 발열체에 공급되는 제1 전력을 제어하는 제1 전력 제어기와, 상기 제2 발열체에 공급되는 제2 전력을 제어하는 제2 전력 제어기와, 상기 제2 발열체의 온도를 구하는 연산기를 구비한다. 상기 기재는, 가열 대상이 배치되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 갖는다. 상기 통형의 지지체는, 상기 제2 면에 부착되어 있다. 상기 온도 센서는, 상기 통형의 지지체의 내측에 배치된다. 상기 제2 전력 제어기는, 상기 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 상기 제2 전력을 위상 제어 방식에 의해 제어한다. 상기 연산기는, 상기 적어도 하나의 전류 센서의 측정값에 기초하여 상기 제2 발열체의 온도를 구한다.

도 1은 실시형태 1에 따른 히터 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 2는 발열체의 배치 영역을 나타내는 기재의 평면도이다.
도 3은 기재 내에 있어서의 발열체의 배치를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 위상 제어 방식의 설명도이다.
도 5는 실시형태 1에 있어서 제2 전력을 출력하기까지의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 실시형태 1에 있어서 제2 온도를 출력하기까지의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 실시형태 1에 있어서의 발열체의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은 온도 유지 시에 있어서의 발열체의 온도 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 8에 있어서의 처리 상태에서의 온도 프로파일의 일례를 확대하여 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시형태 2에 따른 히터 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 11은 실시형태 2에 있어서 제2 전력을 출력하기까지의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 변형예 1에 있어서, 발열체의 배치 영역을 나타내는 기재의 평면도이다.
도 13은 변형예 1에 있어서, 발열체의 배치 영역을 나타내는 기재의 종단면도이다.
도 14는 변형예 2에 따른 히터 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 15는 변형예 3에 따른 히터 제어 장치의 기능 블록도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

복수의 발열체를 갖는 멀티존 히터에 있어서, 웨이퍼 면내에서의 추가적인 균열성의 향상이 요구되고 있다.

특허문헌 1에 기재된 성막 장치에서는, 제1 히터는 온도 검출부의 검출값에 기초하여 공급 전력이 제어되고 있다. 이에 대하여, 제2 히터에는, 제1 히터의 공급 전력에 대하여 소정의 비율의 전력이 공급되지만, 웨이퍼의 둘레 가장자리부의 온도를 검출하는 온도 검출부는 없다. 그 때문에, 제2 히터의 온도를 파악함으로써, 상기 균열성을 개선하는 것이 요구된다.

한편으로, 멀티존 히터에 있어서, 각 발열체에 온도 센서를 마련하고, 이들 센서의 검출값에 기초하여 각 히터를 제어하는 것은 어렵다. 성막 장치에서는, 부식성 가스를 취급하는 경우가 있다. 발열체, 전극, 및 온도 센서 등에 사용되는 금속은 부식성 가스에 약하기 때문에, 내부식성이 높은 세라믹스 재료로 보호될 필요가 있다. 특허문헌 1에 기재된 성막 장치에서는, 세라믹스 재료를 포함하는 통형의 지지 부재의 내측에 전극이나 온도 센서가 집약하여 배치되어 있다. 그 때문에, 사이즈의 제약이 있는 지지 부재 내에 복수의 온도 센서를 배치하는 것은 곤란하다. 이 곤란성은, 발열체의 수가 증가하면 전극수나 온도 센서의 수도 증가하기 때문에, 한층 더 현저해진다.

본 개시의 목적의 하나는, 멀티존의 히터 제어 장치에 있어서, 개개의 발열체에 온도 센서를 마련하는 일없이, 각 발열체에 대응하는 존의 온도를 파악할 수 있는 히터 제어 장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 개시의 다른 목적의 하나는, 멀티존의 히터 제어 장치에 있어서, 개개의 발열체에 온도 센서를 마련하는 일없이, 각 발열체에 대응하는 존의 온도 제어가 가능한 히터 제어 장치를 제공하는 데 있다.

[본 개시의 효과]

상기 히터 제어 장치에 의하면, 개개의 발열체에 온도 센서를 마련하는 일없이, 각 발열체에 대응하는 존의 온도를 파악할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

이하, 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

(1) 본 개시의 일실시형태에 따른 히터 제어 장치는, 원판형의 형상을 갖는 기재와, 상기 기재에 동축형으로 부착된 통형의 지지체와, 상기 기재의 중심을 포함하는 영역에 배치된 제1 발열체와, 상기 제1 발열체와 동심형으로 배치된 적어도 하나의 제2 발열체와, 상기 제1 발열체의 제1 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 적어도 하나의 제2 발열체에 공급되는 전류를 측정하는 적어도 하나의 전류 센서와, 상기 제1 온도가 목표 온도에 근접하도록 제1 제어 신호를 출력하는 제1 온도 조절기와, 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 발열체에 공급되는 제1 전력을 제어하는 제1 전력 제어기와, 상기 제2 발열체에 공급되는 제2 전력을 제어하는 제2 전력 제어기와, 상기 제2 발열체의 온도를 구하는 연산기를 구비하고, 상기 기재는, 가열 대상이 배치되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 갖고, 상기 통형의 지지체는, 상기 제2 면에 부착되고, 상기 온도 센서는, 상기 통형의 지지체의 내측에 배치되고, 상기 제2 전력 제어기는, 상기 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 상기 제2 전력을 위상 제어 방식에 의해 제어하고, 상기 연산기는, 상기 적어도 하나의 전류 센서의 측정값에 기초하여 상기 제2 발열체의 온도를 구한다.

상기 히터 제어 장치에 의하면, 제1 발열체의 제1 온도는, 온도 센서에 의해 검출된다. 제1 발열체에 공급되는 제1 전력은, 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 제어된다. 한편, 제2 발열체의 온도는, 전류 센서의 측정값에 기초하여 연산기에 의해 구해진다. 그 때문에, 제2 발열체의 온도 또는 제2 발열체가 배치되는 존의 온도를 검출하는 온도 센서가 없어도 제2 발열체의 온도를 파악할 수 있다. 제2 발열체에 공급되는 제2 전력은, 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 제어된다. 제2 전력은, 위상 제어 방식에 의해 제어되기 때문에, 고정밀도로 제어할 수 있다. 그 결과, 제2 발열체의 온도도 고정밀도로 파악할 수 있다.

(2) 상기 히터 제어 장치의 일형태로서, 상기 연산기는, 상기 제1 온도, 상기 제2 발열체의 제2 전압, 및 미리 정한 계수를 이용하여 상기 제2 발열체의 온도를 연산하고, 상기 계수는, 상기 제2 발열체의 저항과 상기 제2 발열체의 온도의 관계를 나타내는 계수여도 좋다.

상기 형태는, 제2 발열체에 공급되는 전류 및 제2 전압을 이용하여, 제2 발열체의 저항을 구할 수 있다. 또한, 제2 발열체의 저항과 제2 발열체의 온도의 관계를 나타내는 계수를 이용함으로써, 제2 발열체의 온도를 구할 수 있다.

(3) 미리 정한 계수를 이용하여 상기 제2 발열체의 온도를 연산하는 상기 히터 제어 장치의 일형태로서, 상기 계수는, 미리 정한 복수의 계수로부터 상기 제1 온도에 따라 선택된 계수여도 좋다.

상기 형태는, 온도 센서의 측정 결과, 즉 제1 발열체의 제1 온도에 따라, 다른 계수를 이용함으로써, 보다 정밀도 좋게 제2 발열체의 온도를 구할 수 있다. 제2 발열체에는, 제1 발열체에 공급되는 전력과 소정의 비율이 되는 전력이 공급된다. 즉, 제2 발열체의 온도는, 제1 발열체의 온도와 관계한다. 한편, 제2 발열체의 온도와 저항의 관계는, 실온에서의 저항과 최고 온도에서의 저항의 관계만으로부터 구한 계수로는, 온도 영역에 따라 정확하게 제2 발열체의 온도를 구하는 것이 어렵다. 그 때문에, 제1 발열체의 온도에 따라, 다른 계수를 이용함으로써, 보다 정확하게 제2 발열체의 온도를 연산할 수 있다.

(4) 미리 정한 계수를 이용하여 상기 제2 발열체의 온도를 연산하는 상기 히터 제어 장치의 일형태로서, 상기 복수의 계수는, 상기 제1 발열체 및 상기 제2 발열체의 승온 시, 온도 유지 시, 및 강온 시에 달라도 좋다.

상기 형태는, 제2 발열체의 승온 시, 온도 유지 시, 강온 시의 각 단계에서 동일한 계수를 이용하는 경우에 비해서 보다 정밀도 좋게 제2 발열체의 온도를 구할 수 있다. 상기 각 단계는, 온도 이력이 크게 다르다. 그 때문에, 이들 각 단계에서 공통하는 계수를 이용한 것으로는, 정확하게 제2 발열체의 온도를 구하는 것이 어렵다. 특히, 온도 유지 시는, 승온 시 및 강온 시에 비해서 단위 시간당의 온도 변화량이 조금이다. 따라서, 승온으로부터 강온에 이르는 과정이 다른 단계에 따라 다른 계수를 이용함으로써, 보다 정밀도 좋게 제2 발열체의 온도를 구할 수 있다.

(5) 미리 정한 계수를 이용하여 상기 제2 발열체의 온도를 연산하는 상기 히터 제어 장치의 일형태로서, 상기 계수는, 상기 온도 유지 시에, 상기 제1 면에 상기 가열 대상이 배치되지 않은 상태에서 측정된 상기 제1 온도에 기초하여 구해져도 좋다.

상기 형태는, 가열 대상을 제1 면에 싣고 예비 시험을 행하는 일없이 계수를 구할 수 있다. 따라서, 예비 시험에서 가열 대상을 준비할 필요가 없다. 예비 시험은, 상기 계수를 구하기 위해, 온도 유지 시에 있어서의 목표 온도로 제1 발열체를 가열하여, 제2 발열체의 온도와 저항의 관계를 조사하는 시험이다. 구해지는 제2 발열체의 온도의 정확성을 중시하면, 기재의 제1 면에 가열 대상을 싣고 예비 시험을 행하려면 가열 대상을 준비해야 한다. 이에 대하여, 가열 대상을 제1 면에 싣지 않은 상태에서 예비 시험을 행하면, 가열 대상을 이용하지 않아도 계수를 구할 수 있다.

(6) 상기 히터 제어 장치의 일형태는, 상기 제2 발열체의 온도 및 상기 제2 발열체의 온도가 적정 범위에 있는지의 여부의 판정 결과 중 적어도 한쪽을 표시 또는 외부 장치에 송신하는 외부 출력부를 구비하여도 좋다.

상기 형태는, 외부 출력부를 구비함으로써, 제2 발열체의 온도인 제2 온도나 상기 판정 결과를 사용자에게 알릴 수 있다. 외부 출력부의 구체예로서는, 제2 온도의 표시기나, 제2 온도가 소정의 범위를 벗어난 경우에 출력되는 경보 장치, 혹은 외부에 마련된 다른 기기에 통신을 행하는 데이터 출력 인터페이스 등을 들 수 있다.

(7) 상기 히터 제어 장치의 일형태는, 제2 온도 조절기를 더 구비하고, 상기 제2 온도 조절기는, 상기 제2 발열체의 온도가 목표 온도에 근접하도록 상기 비율을 조정하기 위한 제2 제어 신호를 출력하고, 상기 제2 전력 제어기는, 상기 제2 제어 신호에 의해 조정된 상기 비율에 따라 상기 제2 전력을 제어하여도 좋다.

상기 형태는, 제2 온도 조절기를 구비함으로써, 상기 비율을 조정하여, 제2 발열체의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

(8) 상기 히터 제어 장치의 일형태는, 제3 온도 조절기를 더 구비하고, 상기 제3 온도 조절기는, 상기 제2 발열체의 온도와 상기 제1 온도의 차가 상기 제2 발열체의 온도와 제1 온도의 각각의 목표 온도의 차가 되도록 상기 비율을 조정하기 위한 제3 제어 신호를 출력하고, 상기 제2 전력 제어기는, 상기 제3 제어 신호에 의해 조정된 상기 비율에 따라 상기 제2 전력을 제어하여도 좋다.

상기 형태는, 제3 온도 조절기를 구비함으로써, 상기 비율을 조정하여, 제2 발열체의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

본 개시의 실시형태에 따른 히터 제어 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 도면 중의 동일 부호는 동일 명칭물을 나타낸다. 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 할 목적으로 표현되어 있고, 반드시 실제의 치수 관계 등을 나타내는 것이 아니다.

[실시형태 1]

도 1 내지 도 4를 참조하여, 실시형태 1에 따른 히터 제어 장치(1)를 설명한다. 이 히터 제어 장치(1)는, 웨이퍼의 표면에 박막을 형성하는 성막 장치에 이용할 수 있다. 성막 장치는, 분위기 가스의 제어를 할 수 있는 챔버 내에 기재(10) 및 지지체(20)를 구비한다. 챔버의 도시는 생략한다. 도 1에 있어서, 각 발열체(30)는 기재(10)의 둘레 방향의 일부에 배치되지 않은 개소가 있지만, 실제의 장치에서는 기재(10)의 전체에 빈틈없이 발열체(30)가 배치되어 있다.

<전체 구성>

도 1에 나타내는 바와 같이, 히터 제어 장치(1)는, 기재(10)와, 지지체(20)와, 복수의 발열체(30)와, 온도 센서(40)와, 전류 센서(50)와, 제어기(60)를 구비한다. 기재(10)는, 도 3에 나타내는 가열 대상(W)이 배치되는 제1 면(10a)과, 제1 면(10a)을 마주보는 제2 면(10b)을 구비한다. 이하의 설명에서는, 기재(10)의 제1 면(10a)측을 「상」으로 하고, 제2 면(10b)측을 「하」로 하는 경우가 있다. 지지체(20)는, 기재(10)의 하방에 부착되어 있다. 복수의 발열체(30)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 기재(10)의 내부에 배치되어 있다. 복수의 발열체(30)는, 제1 발열체(31)와 하나 이상의 제2 발열체(32)를 구비한다. 본 예에서는, 설명의 편의상, 하나의 제2 발열체(32)를 구비하는 경우를 예로 하여 설명한다. 온도 센서(40)는 제1 발열체(31)의 온도를 검지한다. 전류 센서(50)는, 제1 발열체(31)에 흐르는 제1 전류를 측정하는 제1 전류 센서(51)와, 제2 발열체(32)에 흐르는 제2 전류를 측정하는 제2 전류 센서(52)를 구비한다. 제어기(60)는, 주로 제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)에 공급되는 전력을 제어한다. 실시형태 1의 특징의 하나는, 제2 발열체(32)에는 온도 센서를 마련하는 일없이 제1 발열체(31)에만 온도 센서(40)를 마련하여, 제2 발열체(32)의 온도를 파악할 수 있도록 구성한 것에 있다. 이하, 각 구성을 보다 자세하게 설명한다.

<기재>

기재(10)는 원판형의 형상을 갖는다. 기재(10)는, 제1 면(10a)과 제2 면(10b)을 구비한다. 제1 면(10a)과 제2 면(10b)은 서로 마주보고 있다. 제1 면(10a)에는, 도 3에 나타내는 가열 대상(W)이 배치된다. 가열 대상(W)은, 예컨대 실리콘이나 화합물 반도체 등의 웨이퍼이다. 제2 면(10b)에는, 후술하는 지지체(20)가 부착되어 있다. 제2 면(10b)에는, 도 3에 나타내는 복수의 단자(30t)가 끼워 넣어지는 복수의 구멍이 마련되어 있다.

기재(10)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 동심형으로 복수의 영역으로 구획되어 있다. 본 예의 기재(10)는, 내측 영역(10i)과 외측 영역(10e)으로 구획되어 있다. 내측 영역(10i)은, 기재(10)의 중심을 중심으로 한 원형상의 영역이다. 기재(10)의 중심이란, 평면으로 본 기재(10)의 윤곽으로 구성된 원의 중심을 말한다. 내측 영역(10i)의 직경은, 기재(10)의 직경의 80% 이하이다. 내측 영역(10i)의 직경이 기재(10)의 직경의 80% 이하임으로써, 제1 발열체(31)의 외측에 하나 이상의 제2 발열체(32)를 배치 가능한 면적을 확보할 수 있다. 내측 영역(10i)의 직경은, 더욱 기재(10)의 직경의 50% 이하여도 좋다. 내측 영역(10i)의 직경은, 기재(10)의 직경의 10% 이상이어도 좋다. 제1 발열체(31)의 직경이 기재(10)의 직경의 10% 이상임으로써, 기재(10)의 중심에 제1 발열체(31)를 배치 가능한 면적을 확보할 수 있다. 외측 영역(10e)은, 내측 영역(10i)의 외측에 위치하는 환형의 영역이다. 복수의 영역에 대응하여, 후술하는 복수의 발열체(30)가 배치되어 있다.

기재(10)의 재질은, 공지의 세라믹스를 들 수 있다. 세라믹스로서는, 예컨대, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소 등을 들 수 있다. 기재(10)의 재질은, 상기 세라믹스와 금속의 복합 재료로 구성되어 있어도 좋다. 금속으로서는, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등을 들 수 있다. 본 예의 기재(10)의 재질은, 세라믹스이다.

<지지체>

지지체(20)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 기재(10)를 제2 면(10b)측으로부터 지지하고 있다. 지지체(20)는, 히터 제어 장치(1)를 제1 면(10a)측에서 평면으로 보았을 때에 복수의 단자(30t)를 둘러싸도록 제2 면(10b)에 부착되어 있다. 지지체(20)의 형상은, 특별히 한정되지 않는다. 본 예의 지지체(20)는, 원통형 부재이다. 지지체(20)는, 기재(10)와 동심형으로 배치되어 있다. 본 예에서는, 원통형의 지지체(20)의 중심과, 원판형의 기재(10)의 중심이 동축이 되도록, 기재(10)와 지지체(20)가 접속되어 있다.

지지체(20)의 양 단부는, 외측으로 굴곡한 플랜지부(21)를 구비한다. 상단부의 플랜지부(21)와 제2 면(10b) 사이에는, 도시하지 않는 시일 부재가 배치되어 있다. 시일 부재에 의해, 지지체(20)의 내부는 시일되어 있다. 다른 형태로서, 시일 부재를 이용하지 않고 기밀을 유지하기 위해 제2 면(10b)과 플랜지부(21)가 접합되어 있어도 좋다. 기재(10) 및 지지체(20)가 배치되는 챔버 내에는, 대표적으로는, 부식성 가스가 충만된다. 지지체(20)의 내부의 기밀이 유지됨으로써, 지지체(20)의 내부에 수납된 복수의 단자(30t)나 복수의 전력선(30c) 등을 부식성 가스로부터 격리할 수 있다.

지지체(20)의 재질은, 기재(10)의 재질과 동일하게, 공지의 세라믹스를 들 수 있다. 지지체(20)의 재질과 기재(10)의 재질은, 동일하여도 좋고, 달라도 좋다.

<제1 발열체 및 제2 발열체>

복수의 발열체(30)의 각각은, 기재(10)를 통해 가열 대상(W)을 가열하는 열원이다. 제1 발열체(31)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이 기재(10)의 중심을 포함하는 원형 영역, 즉 내측 영역(10i)에 배치되어 있다. 하나 이상의 제2 발열체(32)는, 기재(10) 및 제1 발열체(31)와 동심형으로 배치되어 있다. 하나 이상의 제2 발열체(32)는, 기재(10)의 중심과 동심형의 환형 영역, 즉 외측 영역(10e)에 배치되어 있다. 제1 발열체(31)와 하나 이상의 제2 발열체(32)는, 기재(10)의 두께 방향에 간격을 두고 배치되어 있다. 제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)의 각각은, 도 3에 나타내는 단자(30t)를 통해 전력선(30c)에 이어져 있다. 이 전력선(30c)을 통해 각 발열체(30)에는 도시하지 않는 전원으로부터 전력이 공급된다.

제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)의 형상은, 특별히 한정되지 않는다. 기재(10)를 제1 면(10a)측에서 평면으로 보았을 때, 제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)의 외주 윤곽선의 형상은, 일반적으로는 원형이다. 복수의 발열체(30)는, 기재(10) 및 지지체(20)와 동심형으로 배치되어 있다. 따라서, 복수의 발열체(30)끼리도 동심형으로 배치되어 있다. 여기서의 동심형이란, 히터 제어 장치(1)를 제1 면(10a)측에서 평면으로 보았을 때, 각 발열체(30)의 포락원이 공통하는 중심을 갖고, 또한 각 포락원의 직경이 다른 것을 말한다. 이 포락원의 중심은, 기재(10)의 중심과 일치한다. 도 1이나 도 3에서는, 제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)를 간략화하여 나타내고 있지만, 이들 복수의 발열체(30)는 동심형으로 배치되어 있다. 본 명세서에 있어서, 중심측이란 포락원의 중심측을, 외측이란 중심으로부터 포락원의 직경 방향으로 멀어지는 측을 말한다.

복수의 발열체(30)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 하나의 제1 발열체(31)와, 하나 이상의 제2 발열체(32)를 구비한다. 본 예에서는 제2 발열체(32)는 하나이다. 후술하는 변형예 1에서 나타내는 바와 같이, 제2 발열체(32)는 복수 마련되어 있어도 좋다. 하나 이상의 제2 발열체(32)의 포락원의 직경은, 제1 발열체(31)의 포락원의 직경보다 크다. 기재(10)를 제1 면(10a)측에서 평면으로 보았을 때, 각 발열체(30)는, 상기 각 포락원의 직경 방향에 부분적으로 중첩되어 배치되어 있어도 좋고, 중첩되는 일없이 간격을 두고 배치되어 있어도 좋다.

각 발열체(30)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 기재(10)의 내부에 배치되어 있다. 각 발열체(30)는, 기재(10)의 두께 방향에 간격을 두고 층형으로 배치되어 있다. 본 예의 각 발열체(30)는, 제1 면(10a)과 평행한 층에 배치되어 있다. 제1 발열체(31)는, 기재(10)의 두께 방향에서 가장 제1 면(10a)측에 위치하는 제1 층에 배치되어 있다. 제1 발열체(31)가 제1 층에 배치되어 있음으로써, 제1 발열체(31)와 제2 면(10b) 사이의 길이를 길게 확보할 수 있다. 또한, 제1 발열체(31)는, 제1 층에 배치되어 있음으로써, 제1 발열체(31)가 제1 층 이외의 층에 배치되어 있는 경우와 비교하여, 회로 패턴의 자유도가 높다. 제1 층에 배치된 제1 발열체(31)는, 제2 발열체(32)에 접속된 단자(30t)를 회피하여 배치할 필요가 없기 때문이다. 제2 발열체(32)는, 제1 발열체(31)보다 제2 면(10b)측에 배치되어 있다. 제2 발열체(32)가 복수 마련되어 있는 경우, 개개의 제2 발열체(32)도 기재(10)의 두께 방향에 간격을 두고 층형으로 배치되어 있다.

각 발열체(30)의 재질은, 가열 대상(W)을 소망의 온도로 가열할 수 있는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 각 발열체(30)의 재질은, 저항 가열에 적합한 공지의 금속을 들 수 있다. 금속으로서는, 예컨대, 스테인레스강, 니켈, 니켈 합금, 은, 은 합금, 텅스텐, 텅스텐 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 크롬, 및 크롬 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종을 들 수 있다. 니켈 합금으로서는, 예컨대, 니크롬을 들 수 있다.

각 발열체(30)는, 예컨대, 스크린 인쇄법과 핫프레스 접합법을 조합하여 제조할 수 있다. 본 예의 경우, 이하의 순서로 제조할 수 있다. 3장의 세라믹스 기판과, 각 발열체(30)를 전사할 수 있는 스크린 마스크를 준비한다. 스크린 마스크는, 제1 발열체(31), 제2 발열체(32)의 각 회로 패턴을 제작 가능한 것을 이용한다. 2장의 세라믹스 기판의 각각에, 제작하는 회로 패턴의 스크린 마스크를 둔다. 발열체(30)가 되는 페이스트를 스크린 마스크가 실린 세라믹스 기판에 도포한다. 스퀴지를 사용하여 발열체(30)를 세라믹스 기판에 전사한다. 발열체(30)의 전사 후, 스크린 마스크를 제거한다. 이상에 의해, 제1 발열체(31)가 전사된 제1 기판과, 제2 발열체(32)가 전사된 제2 기판이 얻어진다. 제1 기판, 제2 기판, 및 발열체를 전사하지 않는 세라믹스 기판을 순서대로 맞붙여 핫프레스로 접합한다. 이 접합에 의해, 기재(10)의 내부에 각 발열체(30)가 배치된다.

<온도 센서>

온도 센서(40)는, 제1 발열체(31)의 제1 온도를 측정하는 센서이다. 온도 센서(40)로서는, 시판의 열전대나 측온 저항체를 적합하게 이용할 수 있다. 측온 저항체에는, 백금 측온 저항체인 PT100 등을 들 수 있다.

이 온도 센서(40)의 배치 개소는, 기재(10)의 내부이다. 본 예에서는, 기재(10)의 내부 중, 기재(10)를 평면으로 보았을 때, 지지체(20)의 내주면보다 내측의 영역에 온도 센서(40)가 배치되어 있다. 즉, 청구항에 있어서의 「온도 센서는 통형의 지지체의 내측에 배치되고」란, 지지체(20)를 축방향으로 본 경우, 지지체(20)의 내주면의 윤곽선보다 내측에 온도 센서(40)가 위치하는 것을 말한다. 특히, 온도 센서(40)는, 제1 발열체(31)의 근방에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 제1 발열체(31)의 근방에 마련한 온도 센서(40)로 측정되는 온도는, 제1 발열체(31) 자체의 온도가 아니라, 제1 발열체(31)가 배치되는 기재(10)의 내측 영역(10i)의 온도이다. 단, 이 내측 영역(10i)의 온도도 제1 발열체(31)의 제1 온도로 간주한다.

<전류 센서>

전류 센서(50)는, 발열체(30)에 흐르는 전류를 검지하는 센서이다. 본 예에서는, 제1 발열체(31)에 흐르는 제1 전류를 검지하는 제1 전류 센서(51)와, 제2 발열체(32)에 흐르는 제2 전류를 검지하는 제2 전류 센서(52)를 구비한다. 제2 전류 센서(52)가 청구항 1에 있어서의 전류 센서에 상당한다. 제2 발열체(32)가 복수 있는 경우, 제2 전류 센서(52)는, 각 제2 발열체(32)에 마련된다. 제1 전류 센서(51)는 제1 발열체(31)에 이어지는 전력선(30c)에, 제2 전류 센서(52)는 제2 발열체(32)에 이어지는 전력선(30c)에 각각 마련되어 있다. 이 전류 센서(50)는, 시판의 CT(Current Tansmitter)로 대표되는 센서를 이용할 수 있다. 본 예에 있어서, 제1 전류 또는 제2 전류는, 제1 발열체(31) 또는 제2 발열체(32)에 흐르는 전류의 실효값을 소정 시간 내에 평균화하여 전기적 잡음을 제거한 값으로 하고 있다.

<제어기>

제어기(60)는, 히터 제어 장치(1)의 동작에 필요한 각 부의 제어를 행한다. 보다 구체적으로는, 제어기(60)는, 제1 온도 조절기(61), 제1 전력 제어기(63), 제2 전력 제어기(64), 연산기(65) 및 메모리(66)를 구비한다. 제어기(60)는, 대표적으로는, CPU(Central Processor Unit) 또는 DSP(Digital Signal Processing) 등을 포함하는 프로세서에 의해 실현된다. 대표적으로는, 프로세서는, 버스와, 버스에 접속된 CPU, ROM(Read-Only Memory), RAM(Random Access Memory), 입출력 I/F(Interface) 등을 포함한다. 프로세서의 수는, 제어기(60)에 하나 이상 구비되어 있으면 좋고, 복수 구비되고 있어도 좋다. 제1 온도 조절기(61), 제1 전력 제어기(63), 제2 전력 제어기(64), 연산기(65) 및 메모리(66)는, 개별의 하드웨어로 구성되어도 좋고, 하나의 제어기(60)의 일부의 구성 요소로서 구성되어도 좋다. 메모리(66)에는, 후술하는 제어 순서를 프로세서에 실행시키기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 프로세서는, 메모리(66)에 저장된 프로그램을 판독하여 실행한다. 프로그램은, 제1 온도 조절기(61), 제1 전력 제어기(63), 제2 전력 제어기(64), 및 연산기(65)에서의 처리에 관한 프로그램 코드를 포함한다.

·제1 온도 조절기

제1 온도 조절기(61)는, 상기 제1 온도가 목표 온도에 근접하도록 제1 제어 신호를 출력한다. 이 제1 온도 조절기(61)에서의 제어는, PID 제어를 이용할 수 있다. PID 제어는, 피드백 제어의 일종이며, 입력값의 제어를 출력값과 목표값의 편차(P), 그 적분(I), 및 미분(D)의 3개의 동작에 의해 행하는 제어 방법이다. 편차에 따른 조작량을 출력하는 비례 동작에 의해 헌팅이 작은 매끄러운 온도 제어를 행할 수 있다. 적분 동작으로 오프셋을 자동적으로 수정할 수 있다. 미분 동작으로 외란에 대한 응답을 빨리 할 수 있다.

목표 온도는 사용자에 의해 설정된 온도이다. 제1 온도 조절기(61)는, 목표 온도와 제1 발열체(31)의 현재 온도, 즉 제1 온도를 바탕으로 PID 연산을 행하여, 제1 제어 신호를 제1 전력 제어기(63)에 출력한다.

·제1 전력 제어기

제1 전력 제어기(63)는, 제1 제어 신호에 따라 제1 발열체(31)에 공급되는 제1 전력을 제어한다. 제1 제어 신호가 입력된 제1 전력 제어기(63)는, 제1 제어 신호에 대응한 제1 전력을 제1 발열체(31)에 공급한다. 제1 전력은, 제1 전류와 제1 전압의 곱에 의해 연산된다. 제1 전류는, 전술한 바와 같이 제1 전류 센서(51)의 측정값이다. 제1 전압은, 제1 발열체(31)에 인가되는 전압이다. 이 제1 전압은 후술하는 바와 같이 연산에 의해 구해진다.

제1 전력의 제어는, 위상 제어 방식에 의해 행해진다. 위상 제어 방식이란, 전원 주파수의 반사이클마다 점호 위상각을 제어함으로써, 부하에 가해지는 전압을 0% 내지 100%의 범위로 제어하는 방식이다. 제1 전력 제어기(63)에는, 스위칭 소자가 적합하게 이용된다. 스위칭 소자의 구체예로서는, 트라이액을 들 수 있다. 트라이액은, 2개의 사이리스터를 역병렬로 접속함으로써, 하나의 게이트의 개폐로 양 방향의 전류를 제어할 수 있는 소자이다.

위상 제어 방식의 개요를 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4는 전원으로부터의 공급 전류의 전류 파형을 정현파로서 나타내고 있다. 트라이액의 게이트에 게이트 신호가 입력되면, 게이트가 개방함으로써 트라이액이 온이 되어 전류가 흐른다. 도 4에 있어서의 정현파 중, 해칭으로 나타내는 영역의 전류가 출력된다. 본 예에서는, 게이트 신호는 일정한 폭(w)의 펄스 신호이다. 게이트 신호가 없어져도, 트라이액은 온인 채이며 전류는 계속해서 흐른다. 트라이액에 흐르는 전류가 제로가 되면, 트라이액은 자동적으로 오프가 되며 전류는 흐르지 않게 된다. 상기게이트 신호를 부여하는 타이밍에 의해, 트라이액은 제1 전류를 0%부터 100%까지의 범위에서 소망의 전류로 출력할 수 있다. 본 예에서의 위상 제어 시의 출력 모드는, 전압 비례 자승 제어이다. 전압 비례 자승 제어는, 게이트의 개방 상태에 대응하는 조작량(MV)에 대하여 출력 전압의 실효값(Vrms)의 제곱이 비례하는 모드이다. 조작량(MV)과 도 4의 조작 위상각(θ)은, MV=θ-(1/2π)sin(2θπ)의 관계에 있다.

한편, 전원으로부터의 공급 전압도 정현파로 나타낸다. 그 전원으로부터의 공급 전압은 기지이기 때문에, 전술한 바와 같이 전원으로부터의 전류 파형에 대하여 게이트 신호가 입력되는 타이밍, 바꾸어 말하면 게이트의 개방 상태에 의해 제1 전압도 연산에 의해 파악할 수 있다. 이 제1 전압의 연산 및 제1 전력의 연산은, 후술하는 연산기(65)에 의해 행해진다.

·제2 전력 제어기

제2 전력 제어기(64)는, 제2 발열체(32)에 공급되는 제2 전력을 제어한다. 보다 구체적으로는, 제2 전력 제어기(64)는, 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 제2 전력을 제어한다. 이 비율은, 사용자가 미리 설정하는 비율이다. 예컨대, 제1 전력:제2 전력이 1.0:0.8이 되도록 비율이 설정된다. 제2 발열체(32)가 복수 있는 경우, 개개의 발열체(30)의 제2 전력도 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 제어된다. 예컨대, 제2 발열체(32)가 2개 있는 경우, 제1 전력:제2 전력 A:제2 전력 B=1.0:0.8:0.6으로 한다. 제2 전력 A는, 2개의 제2 발열체(32) 중 한쪽의 제2 전력이다. 제2 전력 B는, 2개의 제2 발열체(32) 중 다른 쪽의 제2 전력이다.

발열체(30)의 승온, 온도 유지, 강온의 일련의 온도 프로파일에 있어서, 다른 비율을 설정할 수 있다. 통상, 이 비율은, 승온 시, 온도 유지 시, 및 강온 시의 각 단계에서 다르다. 승온 시 및 강온 시는, 각 단계의 개시부터 종료까지의 사이에 있어서, 온도 영역에 따라 비율이 달라도 좋다. 예컨대, 실온부터 400℃까지의 사이는 제1 전력:제2 전력을 1.0:0.8로 하고, 400℃부터 450℃까지의 사이는 제1 전력:제2 전력을 1.0:0.9로 한다. 동일한 전력 비율로 승온하여 고온이 되면, 발열체(30)가 지나치게 센터 핫이 되어, 자신의 면내 온도 분포의 내외차에 의한 열응력으로 파손될 가능성이 있다. 그 때문에, 고온에서 제2 전력의 비율을 올리는 것이 바람직하다.

이 제2 전력의 제어도, 제1 전력의 제어와 동일하게, 위상 제어 방식에 의해 행해진다. 제2 전력은 제2 전류와 제2 전압의 곱에 의해 구해진다. 제2 전류는, 제2 전류 센서(52)의 측정값이다. 제2 전압은, 제1 전압과 동일하게, 게이트의 개방 상태에 기초하여 연산으로 구할 수 있다. 이들 제2 전압의 연산 및 제2 전력의 연산도 다음에 서술하는 연산기(65)에서 행해진다.

·연산기

연산기(65)는, 제어기(60)에서 필요한 각종 연산을 행한다. 전술한 바와 같이, 제1 전압, 제1 전력, 제2 전압, 및 제2 전력의 연산은 모두 연산기(65)에서 행해진다. 또한, 연산기(65)는 제2 발열체(32)의 온도인 제2 온도의 연산도 행한다.

제2 발열체(32)의 제2 온도는, 제2 발열체(32)의 저항과, 미리 구해진 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 나타내는 계수를 이용하여 구해진다. 즉, 제2 온도는, 온도 센서를 이용하여 측정된 값이 아니라, 제1 발열체(31)에 공급되는 전력에 기초하여 연산된 값이다. 제2 발열체(32)의 저항은, 전술한 제2 발열체(32)의 제2 전압을 제2 발열체(32)에 흐르는 제2 전류로 나눔으로써 구해진다. 계수는, 후술하는 예비 시험에 의해 미리 구해 둔다. 이 계수는, 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 나타내는 관계식도 포함한다. 계수는, 메모리(66)에 기억되어 있다. 미리 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계가 기지이면, 제2 발열체(32)의 저항이 구해지면, 이 저항을 상기 관계와 참조함으로써, 제2 발열체(32)의 제2 온도를 연산하여 구할 수 있다.

·메모리

메모리(66)는, 프로그램을 기억하는 메모리로서, 각종 불휘발성 메모리를 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 메모리(66)는, 일련의 연산에 필요한 값을 일시적으로 기억하는 휘발성 메모리를 포함하고 있어도 좋다.

<그 외의 구성 부재>

히터 제어 장치(1)는, 외부 출력부(70) 및 트랜스(80)를 구비하여도 좋다.

외부 출력부(70)는, 상기한 바와 같이 구한 제2 발열체(32)의 제2 온도 및 제2 온도가 적정 범위에 있는지의 여부의 판정 결과 중 적어도 한쪽을 표시 또는 외부 장치에 송신하는 기기이다. 예컨대, 외부 출력부(70)로서, 제2 온도를 문자로 표시하거나, 제2 온도의 경시 변화를 그래프로 표시하거나 하는 디스플레이를 들 수 있다. 다른 외부 출력부(70)로서는, 제2 온도로 소정의 처리를 실시한 처리 결과를 출력하는 기기여도 좋다. 이 처리 결과를 나타내는 기기에는, 경보 장치를 들 수 있다. 경보 장치는, 예컨대 제2 온도가 설정된 소정의 적정 범위로부터 벗어난 경우에 경보를 내는 장치이다. 경보는, 사용자에게 제2 온도의 이상을 알릴 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 구체적인 경보의 종류로서는, 디스플레이에의 문자 표시, 램프의 점등, 버저의 명동 등을 들 수 있다. 또 다른 외부 출력부(70)로서는, 도시하지 않는 통신 기기를 들 수 있다. 이 통신 기기는, 원격지의 사용자가 갖는 외부 장치와의 통신을 행한다. 예컨대, 제2 온도의 정보를 통신 기기로 외부 장치에 보내거나, 상기 경보를 통신 기기로 플래그의 상태 변화로 하여 외부 장치에 전하거나 할 수 있다. 이 정보의 전송에 의해, 원격지의 사용자는 제2 온도나 경보를 인지할 수 있다.

트랜스(80)는, 도시하지 않는 전원과 제어기(60)를 전자기적으로 결합하여, 제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)에의 전력을 공급하기 위한 부재이다. 트랜스(80)의 일차측, 즉 전원측과, 트랜스(80)의 이차측, 즉 제어기(60)측은, 전기적으로는 접속되는 일이 없게 서로 절연되어 있다. 전원과 제어기(60)가 절연되어 있음으로써, 각 발열체(30)에 대한 전력을 제어하기 쉽다. 본 예에서는, 이차측의 전력선(30c)을 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)의 각각에 분기시킴으로써 발열체(30)의 각각에 전력 공급을 행하고 있다. 즉, 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)는 서로 전기적으로 절연되어 있지 않다. 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)가 절연되어 있지 않음으로써, 양 발열체(30)를 절연하는 경우에 비해서 트랜스(80)의 수를 삭감할 수 있다.

또한, 히터 제어 장치(1)는, 도시하지 않는 입력부를 구비하고 있어도 좋다. 입력부는, 사용자가 설정하는 각종 조건을 입력하기 위한 디바이스이다. 각종 조건에는, 제2 전력을 규정하기 위해 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 포함된다. 입력부에는, 예컨대 텐키, 키보드, 터치 패널 등의 공지의 입력 기기를 이용할 수 있다. 입력부로부터 입력된 각종 조건은, 메모리(66)에 기억된다.

<처리 순서>

도 5, 도 6에 기초하여, 상기 히터 제어 장치(1)의 처리 순서를 설명한다. 각 구성 부재에 대해서는 도 1을 참조한다.

먼저, 도 5에 기초하여, 제1 전력 및 제2 전력을 각 발열체(30)에 출력하기까지의 처리 순서를 설명한다. 단계 S1에 있어서, 온도 센서(40)로부터 제1 온도를 취득하고, 또한 제1 전류 센서(51)로부터 제1 전류를 취득한다. 단계 S2에서는, 제1 온도가 목표 온도에 근접하도록 제1 온도 조절기(61)가 제1 제어 신호를 출력한다. 단계 S3에서는 제1 전력 제어기(63)는 제1 제어 신호에 대응한 제1 전력을 제1 발열체(31)에 출력한다. 그리고, 단계 S4에서는, 연산기(65)에서 제2 전력을 연산하고, 또한 제2 전력을 제2 전력 제어기(64)로부터 제2 발열체(32)에 출력한다. 이 단계 S1 내지 단계 S4의 일련의 처리는, 히터 제어 장치(1)를 구동하고 있는 동안, 반복해서 행해진다.

다음에, 도 6에 기초하여, 제2 온도를 구하여 출력하기까지의 처리 순서를 설명한다. 단계 S11에서는, 제2 전류 센서(52)에 의해 제2 전류를 취득한다. 단계 S12에서는, 연산기(65)에 의해, 제2 전류와 제2 전압으로부터 제2 발열체(32)의 저항인 제2 저항을 연산한다. 단계 S13에서는, 연산된 제2 저항과, 미리 구한 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 나타내는 계수를 이용하여, 연산기(65)에 의해 제2 온도를 연산한다. 단계 S14에서는, 구한 제2 온도를 외부 출력부(70)에 출력한다.

<예비 시험>

예비 시험은, 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 나타내는 계수를 미리 구하기 위한 시험이다. 예비 시험은, 승온 시 및 강온 시와, 온도 유지 시에 다른 방법에 의해 행하는 것이 적합하다. 즉, 승온 시 및 강온 시와, 온도 유지 시에 다른 계수를 이용하는 것이 적합하다.

이 계수를 구하기 위한 방법을 설명하기 전에, 승온부터 강온에 이르기까지의 온도 프로파일을 도 7에 기초하여 설명한다. 도 7은 본 예의 히터 제어 장치(1)에 있어서의 제1 발열체(31)의 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.

먼저, 승온 과정에서는, 실온부터 소정의 유지 온도까지, 거의 일정한 비율로 발열체(30)의 온도가 상승한다. 이 승온 과정의 승온 속도는, 발열체(30)가 손상되지 않는 것 같은 속도가 선택된다.

온도 유지 과정에서는, 거의 일정한 온도로 발열체(30)의 온도가 유지된다. 온도 유지 과정에는, 기재(10) 상에 웨이퍼를 싣지 않는 상태의 아이들 상태와, 기재(10) 상에 웨이퍼를 싣고, 그 웨이퍼에 성막을 행하는 처리 상태가 포함된다. 아이들 상태에서는, 성막 장치에 있어서의 가스의 출입이나 전술한 각 발열체(30)에 공급하는 전력의 제어에 따라, 극히 미세한 온도 변동이 생기고 있다. 도 7의 그래프에서는, 아이들 상태를 수평으로 연장되는 직선으로 나타내고 있지만, 실제로는 후술하는 바와 같이, 극히 조금 온도 변동이 생기고 있다. 한편, 처리 상태에서는, 기재(10) 상에 웨이퍼를 출납하여 복수매의 웨이퍼에 순차 성막을 행하여 가기 때문에, 아이들 상태에 비해서 보다 큰 온도 변동이 생기고 있다. 처리 상태에서의 온도 변화는, 도 7에 있어서, 아이들 상태의 직선에 이어지는 파선으로 나타내고 있다.

강온 과정에서는, 유지 온도부터 실온까지, 거의 일정한 비율로 발열체(30)의 온도가 하강한다. 이 강온 과정의 강온 속도는, 발열체(30)가 손상되지 않는 것 같은 속도가 선택된다.

이상의 온도 프로파일에 있어서, 먼저 승온 시와 강온 시의 계수를 구하는 방법을 설명하고, 그 후에 온도 유지 시의 계수를 구하는 방법을 설명한다.

·승온 시 및 강온 시

승온 시 및 강온 시에서는, 온도 유지 시에 비해서 단위 시간당의 온도 변화량이 크다. 이 승온 시 및 강온 시, 웨이퍼에의 성막 처리는 행해지지 않는다. 이 경우, 실온부터 유지 온도까지의 온도 영역 또는 유지 온도부터 실온까지의 온도 영역을 보다 좁은 온도 영역마다 구획하고, 구획된 각 온도 영역마다 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 구한다. 예컨대, 50℃ 내지 100℃의 범위를 갖는 구획된 온도 영역마다 제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)의 각각의 저항과 온도의 관계를 구한다. 보다 구체적으로는, 승온 시이면, 50℃ 이상 100℃ 이하의 제1 온도 영역, 100℃ 이상 200℃ 이하의 제2 온도 영역, 200℃ 이상 300℃ 이하의 제3 온도 영역, 300℃ 이상 400℃ 이하의 제4 온도 영역, 및 400℃ 이상 유지 온도 이하의 제5 온도 영역의 각각에 대해서 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 구한다. 유지 온도의 일례로서는 450℃를 들 수 있다. 예컨대, 제1 온도 영역에 있어서는, 50℃와 100℃의 2점에 있어서의 저항과 온도의 관계를 구한다. 여기서, 2점의 측정점, 즉 저온측의 저항(R(T1))에 있어서의 제2 발열체(32)의 온도(T1)와, 고온측의 저항(R(T2))에 있어서의 제2 발열체(32)의 온도(T2)는, 비례의 관계식으로 나타낸다. 이 관계식을 이용하면, 저항(R)의 제2 발열체(32)의 온도(T)는 다음 식으로 구해진다.

T={(T2-T1)/(R(T2)-R(T1))}×(R-R(T1))+T1

단, T1≤T≤T2, R(T1)≤R≤R(T2)이다.

강온 시도 승온 시와 동일한 사고 방식에 의해, 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 구해 두면 좋다. 이와 같이, 구획된 좁은 범위의 온도 영역마다 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 구해 둠으로써, 구획된 온도 영역마다 다른 계수를 이용할 수 있다. 구획된 온도 영역마다 다른 계수를 이용함으로써, 고정밀도로 제2 발열체(32)의 온도를 구할 수 있다.

이에 대하여, 예컨대, 저항(R(Tr))에 있어서의 제2 발열체(32)의 온도, 즉 실온(Tr)과, 저항(R(Tk))에 있어서의 제2 발열체(32)의 유지 온도(Tk)도 비례의 관계식으로 나타낸다. 이 관계식을 이용하면, 저항(R)의 제2 발열체의 온도(T)는, 다음 식으로 구해진다.

T={(Tk-Tr)/(R(Tk)-R(Tr))}×(R-R(Tr))+Tr

단, Tr≤T≤Tk, R(Tr)≤R≤R(Tk)이다.

이 경우, 실온과 유지 온도의 2점으로부터 구해진 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계식에서는, 그 중간의 온도에서의 저항값은 그 2점 사이의 선형 보간으로는 나타낼 수 없기 때문에, 정밀도 좋게 제2 발열체의 온도를 구하는 것은 어렵다.

·온도 유지 시

온도 유지 시는, 승온 시나 강온 시에 비해서 단위 시간당의 온도 변화의 비율은 극히 조금이다. 따라서, 온도 유지 시는, 승온 시나 강온 시보다 좁은 온도 대역에 있어서의 제2 발열체(32)의 저항과 온도의 관계를 구하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 온도 유지 시에 있어서의 최대 온도와 최소 온도의 차라고 하는 미세한 온도 영역에 따른 계수를 이용함으로써, 정확하게 제2 발열체(32)의 온도를 구할 수 있다. 온도 유지 과정에는, 전술한 바와 같이 가열 대상(W)이 없는 아이들 상태와 가열 대상(W)이 있는 처리 상태의 2개의 온도 프로파일이 포함된다. 이 온도 프로파일을 도 8에 기초하여 설명한다. 도 8은 제1 발열체의 온도와 제2 발열체의 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다. 제1 발열체(31)의 온도는, 제1 전류와 제1 전압으로부터 구한 제1 발열체(31)의 저항과 상기 계수에 기초하여 구한 온도이다. 제2 발열체(32)의 온도는, 제2 전류와 제2 전압으로부터 구한 제2 발열체(32)의 저항과 상기 계수에 기초하여 구한 온도이다. 이 그래프에서는, 또한 온도 센서(40)의 측정값의 경시 변화도 더불어 나타내고 있다. 어느 그래프도 서로 선이 중첩되어 있다. 또한 이 그래프에서는, 아이들 상태의 과정을 Case1로 하고, 처리 상태의 과정을 Case2로 하여 나타내고 있다. 이 그래프에 나타내는 바와 같이, 아이들 상태에서는, 성막 장치의 챔버 내에 가스의 출입이 행해지고, 제1 온도 조절기(61)에 의한 온도 제어의 결과, 극히 조금의 온도의 상하 이동이 인정된다. 이에 대하여, 처리 상태에서는, 챔버 내에 웨이퍼를 출납하기 위해, 아이들 상태에 비해서 보다 큰 온도의 상하 이동이 인정된다. 도 8의 그래프는 복수의 선이 중첩되어 나타나기 때문에, 예컨대 복수의 선이 중첩되어 나타난 아이들 상태에 있어서의 온도의 변동폭은 크게 보인다. 그러나, 개개의 그래프의 선의 변동폭은 더 작다. 특히, 개개의 그래프의 변동폭은, 처리 상태보다 아이들 상태 쪽이 명확하게 작다. 이러한 온도 유지 과정에 있어서는, 처리 상태에서의 온도 프로파일에 기초하여 계수를 구하는 방법과, 아이들 상태에서의 온도 프로파일에 기초하여 계수를 구하는 방법이 있다. 이하, 각각을 순서대로 설명한다.

방법 A(처리 상태: 가열 대상 있음)

먼저, 처리 상태의 소정 시간 내에 있어서의 온도 센서(40)의 측정값의 경시 변화로부터, 최대 온도(Tmax)의 시점에 있어서의 각 발열체(30)의 저항값(Rmax), 및 최소 온도(Tmin)의 시점에 있어서의 각 발열체(30)의 저항값(Rmin)을 확인한다. 소정 시간은, 500초 내지 1000초 정도의 범위로부터 선택한다. 본 예에서의 소정 시간은 600초이다. 이 소정 시간 내에 1장의 웨이퍼에 성막이 행해진다. 도 9는 도 8의 처리 상태에 있어서의 온도 변화의 일부를 확대하여 나타낸 것이다. 최소 온도(Tmin)는, 성막 처리가 끝난 웨이퍼가 추출되고, 지금부터 성막 처리를 행하는 현웨이퍼가 기재(10) 상에 배치되기까지의 동안의 밸리 온도이다. 최대 온도(Tmax)는 현웨이퍼에 대하여 성막 처리가 행해지고 있는 동안의 피크 온도이다. 도 9에서는, 최소 온도(Tmin)가 449.4℃, 최대 온도(Tmax)가 450.3℃인 것을 나타내고 있다. 각 발열체(30)의 저항값(Rmax) 및 저항값(Rmin)은, 상기 각 시점에 있어서의 제1 전압을 제1 전류로 나눈 값, 또는 상기 각 시점에 있어서의 제2 전압을 제2 전류로 나눈 값이다. 이들 최대 온도(Tmax), 저항값(Rmax), 최소 온도(Tmin), 및 저항값(Rmin)을 이용하여 각 발열체(30)의 온도와 저항값의 관계식을 구한다. 이 관계식은, 승온 시 및 강온 시에 나타낸 관계식과 동일한 사고 방식에 의해 구해진다.

상기 방법은, 웨이퍼의 처리 상태에 있어서의 저항값(Rmax)과 최대 온도(Tmax) 및 최소 온도(Tmin)과 저항값(Rmin)에 기초하여 관계식을 구하기 때문에, 그 관계식을 이용하여 얻어지는 제2 발열체(32)의 온도는 고정밀도로 파악할 수 있다.

상기 방법 A에 의해 예비 시험을 행하고, 발열체(30)의 저항과 온도의 관계를 구하면, 실제의 성막을 모의한 온도 프로파일에 기초하여 상기 저항과 온도의 관계가 구해진다. 이에 의해, 높은 정밀도로 제2 발열체(32)의 온도를 파악할 수 있다.

방법 B(처리 상태: 가열 대상 있음)

먼저, 처리 상태의 소정 시간 내에 있어서의 각 발열체(30)의 저항값의 경시 변화로부터, 소정 시간 내의 평균 저항(Rave)을 구한다. 소정 시간은, 예컨대 5000초 내지 10000초 정도의 범위에서 적절하게 선택한다. 본 예에서는 소정 시간은 8000초이다. 이 소정 시간 내에는, 10장 이상의 웨이퍼에 성막이 행해지고 있다. 다음에, 소정 시간 내의 각 발열체(30)의 저항의 변화율(ΔR/R)를 미리 설정해 둔다. 처음에 소정 시간 내의 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin)을 구해 두고, 또한 최대 저항(Rmax)과 최소 저항(Rmin)의 차분(ΔR), 및 차분(ΔR)의 평균 저항(Rave)에 대한 비율(ΔR/Rave)을 구한다. 이 비율(ΔR/Rave)을 변화율(ΔR/R)로 한다. 예컨대, 여기서는 변화율(ΔR/R)을 0.02로 한다. 한편, 온도 센서(40)의 측정값에 대해서도 동일하게, 소정 시간 내의 평균 온도(Tave)를 구한다. 또한, 소정 시간 내에 있어서의 온도 변화량(ΔT)을 미리 설정해 둔다. 온도 변화량(ΔT)도 처음에 소정 시간 내의 최대 온도(Tmax)와 최소 온도(Tmin)의 차분을 온도 변화량(ΔT)으로서 구해 둔다. 예컨대, 여기서는 온도 변화량(ΔT)은 0.88℃로 한다. 비율(ΔR/R)과 온도 변화량(ΔT)은, 유지 온도가 크게 변하지 않으면, 발열체(30)마다 거의 일정하다고 생각된다. 유지 온도가 크게 변하지 않는다는 것은, 예컨대 유지 온도의 변화량이 100℃ 이하인 것을 말한다.

다음번 이후의 성막에 있어서는, 각 발열체(30)의 평균 저항(Rave)과 평균 온도(Tave)를 구하면 좋다. 즉, 다음번 이후에 있어서의 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)는, 다음과 같이 구한다.

ΔR=Rave×0.02

최대 저항(Rmax)=Rave+ΔR/2

최소 저항(Rmin)=Rave-ΔR/2

최대 온도(Tmax)=Tave+ΔT/2

최소 온도(Tmin)=Tave-ΔT/2

이와 같이, 1회째의 성막 이전에는, 사전에 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)를 구할 필요가 있다. 그러나, 2회째 이후의 성막 시에는, 기지인 저항 변화율(ΔR/R) 및 온도 변화량(ΔT)을 이용하여 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)를 구할 수 있다. 이들 각 파라미터가 구해지면, 그 발열체(30)의 저항과 온도의 상관 관계를 구할 수 있다.

상기 방법 B에 의해 예비 시험을 행하고, 발열체(30)의 저항과 온도의 관계를 구하면, 2회째 이후의 히터 제어 장치(1)의 운전 시, 실제로 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)를 측정할 필요가 없다. 그 때문에, 보다 간편하게 제2 발열체(32)의 온도를 구할 수 있다.

방법 C(아이들 상태: 가열 대상 없음)

먼저, 아이들 상태의 소정 시간 내에 있어서의 각 발열체(30)의 저항값의 경시 변화로부터, 소정 시간 내의 평균 저항(Rave)을 구한다. 소정 시간은, 예컨대 5000초 내지 10000초 정도의 범위로부터 적절하게 선택한다. 본 예에서는 소정 시간은 10000초이다. 다음에, 소정 시간 내의 각 발열체(30)의 저항의 변화율(ΔR/R)을 미리 설정해 둔다. 처음에 소정 시간 내의 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin)을 구해 두고, 또한 최대 저항(Rmax)과 최소 저항(Rmin)의 차분(ΔR), 및 차분(ΔR)의 평균 저항(Rave)에 대한 비율(ΔR/Rave)을 구한다. 이 ΔR/Rave를 저항 변화율(ΔR/R)로 한다. 예컨대, 여기서는 변화율(ΔR/R)을 0.02로 한다. 한편, 온도 센서(40)의 측정값에 대해서도 동일하게, 소정 시간 내의 평균 온도(Tave)를 구한다. 또한, 소정 시간 내에 있어서의 온도 변화량(ΔT)을 미리 설정해 둔다. 온도 변화량(ΔT)도 처음에 소정 시간 내의 최대 온도(Tmax)와 최소 온도(Tmin)의 차분을 온도 변화량(ΔT)으로서 구해 둔다. 예컨대, 여기서는 온도 변화량(ΔT)은 0.88℃로 한다. 비율(ΔR/R)과 온도 변화량(ΔT)은, 유지 온도가 크게 변하지 않으면, 발열체(30)마다 거의 일정하다고 생각된다. 유지 온도가 크게 변하지 않는다는 것은, 예컨대 유지 온도의 변화량이 100℃ 이하인 것을 말한다.

다음번 이후의 성막에 있어서는, 각 발열체(30)의 평균 저항(Rave)과 평균 온도(Tave)를 구하면 좋다. 즉, 다음번 이후에 있어서의 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)는, 다음과 같이 구한다.

ΔR=Rave×0.02

최대 저항(Rmax)=Rave+ΔR/2

최소 저항(Rmin)=Rave-ΔR/2

최대 온도(Tmax)=Tave+ΔT/2

최소 온도(Tmin)=Tave-ΔT/2

이와 같이, 1회째의 성막 이전에는, 사전에 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)를 구할 필요가 있다. 그러나, 2회째 이후의 성막 시에는, 기지인 저항 변화율(ΔR/R) 및 온도 변화량(ΔT)을 이용하여 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)를 구할 수 있다. 더구나, 아이들 상태에서 가열 대상(W)이 없는 경우에 있어서 취득한 계수에 기초하여 제2 발열체(32)의 온도를 구하기 때문에, 계수를 구하는 데 있어서, 웨이퍼를 준비할 필요도 없다. 또한, 예비 시험 시에, 웨이퍼를 성막하여 계수를 구하는 경우에 비해서, 웨이퍼의 낭비를 삭감할 수 있다. 이들 각 파라미터가 구해지면, 그 발열체(30)의 저항과 온도의 상관 관계를 구할 수 있다.

상기 방법 C에 의해 예비 시험을 행하고, 발열체(30)의 저항과 온도의 관계를 구하면, 2회째 이후의 히터 제어 장치(1)의 운전 시, 실제로 최대 저항(Rmax), 최소 저항(Rmin), 최대 온도(Tmax), 최소 온도(Tmin)를 측정할 필요가 없다. 그 때문에, 보다 간편하게 제2 발열체(32)의 온도를 구할 수 있다.

상기 히터 제어 장치는, 제2 발열체(32)에 온도 센서(40)를 마련하는 일없이, 제2 발열체(32)에 대응하는 존의 온도를 파악할 수 있다. 제1 발열체(31)의 온도는, 온도 센서(40)에 의해 검출된다. 제1 발열체(31)에 공급되는 제1 전력은, 온도 센서(40)의 검출 온도에 기초하여 제어된다. 한편, 제2 발열체(32)에 공급되는 제2 전력은, 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 제어된다. 또한, 제2 발열체(32)의 온도는, 제2 전류 센서(52)의 측정값에 기초하여 연산기(65)에 의해 구해진다. 그 때문에, 제2 발열체(32)의 온도를 검출하는 온도 센서가 없어도 제2 발열체(32)의 온도를 파악할 수 있다.

제2 전력은, 위상 제어 방식에 의해 제어되기 때문에, 고정밀도로 제어할 수 있다. 그 결과, 제2 발열체(32)의 온도도 고정밀도로 파악할 수 있다.

제1 발열체(31) 및 제2 발열체(32)는 제1 전력 및 제2 전력에 의해 제어된다. 전력 비율에 의한 제어는, 전류 비율에 의한 제어에 비해서 각 발열체(30)의 자기 발열에 의한 저항값의 변화의 영향을 받기 어렵다. 이 점에서도 제2 발열체(32)의 온도를 정확하게 파악할 수 있다.

[실시형태 2]

다음에, 실시형태 2를 도 10에 기초하여 설명한다. 실시형태 1에서는, 제2 발열체(32)의 온도인 제2 온도를 파악하거나, 제2 온도가 이상한 온도가 되는 것을 감시하거나 할 수 있다. 이에 대하여, 실시형태 2에서는, 전술한 비율을 바꿈으로써 제2 전력을 제어함으로써, 제2 발열체(32)의 온도를 제어할 수 있다. 이하, 주로 실시형태 1와의 상위점에 대해서 설명을 행하고, 실시형태 1과의 공통점의 설명은 생략한다.

실시형태 2에서는, 실시형태 1의 구성에 더하여, 제2 온도 조절기(62)를 더 구비하고 있다. 제2 온도 조절기(62)는, 제2 온도가 목표 온도에 근접하도록, 상기 비율을 조정하기 위한 제2 제어 신호를 출력한다. 이 비율을 조정하기 위한 제어도 PID 제어를 이용할 수 있다. 제2 제어 신호에 따라, 제2 전력 제어기(64)는, 제2 전력을 구하기 위한 비율을 조정한다. 상기 비율이 제1 전력:제2 전력=1.0:0.8이지만, 제2 온도가 목표 온도보다 낮은 경우, 제2 전력을 올릴 필요가 있다. 그 경우, 예컨대, 제1 전력:제2 전력=1.0:0.81로 변경한다. 반대로 제2 온도가 목표 온도보다 높은 경우, 제2 전력을 내릴 필요가 있다. 그 경우, 예컨대, 제1 전력:제2 전력=1.0:0.79로 변경한다. 이 비율의 변동폭은 적절하게 설정할 수 있지만, 변경 전의 제2 전력의 비율의 5% 이내 정도로 하는 것이 바람직하다. 상기 예이면, 변경 전의 제2 전력의 비율은 0.8이기 때문에, 변경 후의 제2 전력의 비율은 0.76부터 0.84까지의 사이에서 변경한다. 이 비율의 변동폭을 일탈하는 것 같은 전력의 변동이 발생한 경우는, 도시하지 않는 경보 장치에 의해 사용자에게 경보를 발한다. 이 경보에 의해, 사용자는 이상을 검지하여 적절하게 대처하는 것이 가능해진다.

실시형태 2에 있어서의 처리 순서를 도 11에 기초하여 설명한다. 이 처리 순서는, 도 5의 단계 S3에 이어서 행해진다. 단계 S21에서는, 제2 온도 조절기(62)에 의해, 제2 온도가 목표 온도에 근접하도록, 상기 비율을 조정하기 위한 제2 제어 신호를 출력한다. 단계 S22에서는, 연산기(65)에 의해, 조정된 비율에 따른 제2 전력을 연산한다. 그리고, 제2 전력이 제2 전력 제어기(64)보다 제2 발열체(32)에 출력된다.

실시형태 2의 히터 제어 장치(1)에 의하면, 제2 발열체(32)의 제2 온도를 외부 출력부(70)에 표시하거나 하는 것뿐만 아니라, 제2 발열체(32)를 온도 제어할 수 있다.

[실시형태 3]

다음에, 실시형태 3을 설명한다. 실시형태 3에서는, 제2 온도와 제1 온도의 차가 가급적으로 제로가 되도록, 제2 전력을 구하기 위한 비율을 제어한다. 실시형태 3의 장치 구성은 도 10에서 설명되는 실시형태 2의 장치 구성과 거의 동일하다. 실시형태 3에서는, 제2 온도 조절기(62) 대신에 제3 온도 조절기(62a)를 구비하고 있다. 실시형태 2에서는, 온도 센서(40)로 측정한 온도(Ts)를 제1 발열체(31) 자체의 온도(Th)로 간주하여 제1 온도로 하고 있다. 즉, 엄밀하게는 제1 발열체(31)의 온도(Th)는 온도 센서(40)로 측정되는 온도(Ts)와는 다르다. 이것은, 온도(Ts)에는, 제1 발열체(31) 자신의 발열에 의한 온도 상승분이 과도적으로 포함되기 때문이다.

보다 정밀하게 각 발열체(30)의 온도 분포를 제어하기 위해서는, 제1 온도 및 제2 온도에는, 발열체(30)의 자기 발열에 의한 미소한 온도 상승분이 포함되는 것을 고려해야 한다. 그래서, 제2 온도와 제1 온도의 차를 제1 면(10a) 내의 온도 분포의 차로 간주한다. 또한, 엄밀하게는, 제1 온도와 제2 온도는 각각 다른 목표 온도가 있다. 제3 온도 조절기(62a)는, 상기 온도 분포의 차가 제2 온도와 제1 온도의 각각의 목표 온도의 차가 되도록 상기 비율을 조정하기 위한 제3 제어 신호를 출력한다. 제2 전력 제어기(64)는, 상기 제3 제어 신호에 의해 조정된 상기 비율에 따라 제2 전력을 제어한다. 이 제2 전력의 제어에 의해, 더욱 정밀한 각 발열체(30)의 온도 제어가 가능해진다. 실시형태 2와 동일하게, 이 비율의 변동폭을 일탈하는 것 같은 전력의 변동이 발생한 경우는, 도시하지 않는 경보 장치에 의해 사용자에게 경보를 발한다. 이 경보에 의해, 사용자는 이상을 검지하고 적절하게 대처하는 것이 가능해진다.

[변형예 1]

도 12, 도 13에 기초하여, 변형예 1을 설명한다. 변형예 1은 실시형태 1 내지 실시형태 3 중 어느 것에 있어서도 적용할 수 있는 구성이다. 변형예 1에서는, 기재(10)에 있어서 독립적으로 온도 제어되는 존이 6개 있다. 즉, 기재(10)에는, 기재(10)의 중앙부에 위치하는 원형의 내측 영역(10i), 내측 영역(10i)의 외측에 위치하는 중간 영역(10m), 중간 영역(10m)의 외측에 위치하는 외측 영역(10e)이 마련되어 있다. 또한, 변형예 1에서는 외측 영역(10e)이 기재(10)의 둘레 방향으로 분할되어 있다. 분할된 외측 영역(10e)에 마련되는 제2 발열체(32)의 수는 복수이면좋다. 본 예에서의 분할수는 4개이다. 외측 영역(10e)의 각 존은 환형의 영역을 4등분한 부채형의 존이다. 4등분된 외측 영역(10e)의 각 존에는 각각 제2 발열체(32)가 배치되어 있다. 즉, 내측 영역(10i)에는 제1 발열체(31)가, 중간 영역(10m)에는 1개의 제2 발열체(32)가, 외측 영역(10e)에는 4개의 제2 발열체(32)가 마련되어 있다. 각 발열체(30)는 공급되는 전력을 독립적으로 제어할 수 있다. 그리고, 각각의 발열체(30)에 이어지는 각 전력선(30c)에 도시하지 않는 전류 센서가 마련되어 있다.

변형예 1의 히터 제어 장치(1)에 의하면, 제2 전력 제어기(64)를 이용함으로써, 실시형태 1이나 실시형태 2보다 많은 발열체(30)를 이용하여 기재(10)의 균열화를 실현할 수 있다.

[변형예 2]

도 14에 기초하여 변형예 2를 설명한다. 변형예 2는 실시형태 1의 변형예이고, 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)를 절연한 구성이다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 변형예 2에서는, 제1 발열체(31)와 전원 사이 및 제2 발열체(32)와 전원 사이에 각각 제1 트랜스(81)와 제2 트랜스(82)가 마련되어 있다. 즉, 제1 트랜스(81)와 제2 트랜스(82)의 일차측은 전원으로부터 분기된 전력선에 이어져 있다. 한편, 제1 트랜스(81)와 제2 트랜스(82)의 이차측은 서로 독립된 전력선(30c)에 이어져 있다. 그 때문에, 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)는 서로 절연되어 있다.

변형예 2에 의하면, 실시형태 1과 동일한 효과에 더하여, 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)를 보다 확실하게 절연할 수 있다.

[변형예 3]

도 15에 기초하여 변형예 3을 설명한다. 변형예 3은 실시형태 2 또는 실시형태 3의 변형예이고, 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)를 절연한 구성이다.

도 15에 나타내는 바와 같이, 변형예 3에서는, 제1 발열체(31)와 전원 사이 및 제2 발열체(32)와 전원 사이에 각각 제1 트랜스(81)와 제2 트랜스(82)가 마련되어 있다. 즉, 제1 트랜스(81)와 제2 트랜스(82)의 일차측은 전원으로부터 분기된 전력선에 이어져 있다. 한편, 제1 트랜스(81)와 제2 트랜스(82)의 이차측은 서로 독립된 전력선(30c)에 이어져 있다. 그 때문에, 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)는 서로 절연되어 있다.

변형예 3에 의하면, 실시형태 2 또는 실시형태 3과 동일한 효과에 더하여, 제1 발열체(31)와 제2 발열체(32)를 보다 확실하게 절연할 수 있다.

또한, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 히터 제어 장치
10 기재
10a 제1 면
10b 제2 면
10i 내측 영역
10m 중간 영역
10e 외측 영역
20 지지체
21 플랜지부
30 발열체
31 제1 발열체
32 제2 발열체
30t 단자
30c 전력선
40 온도 센서
50 전류 센서
51 제1 전류 센서
52 제2 전류 센서
60 제어기
61 제1 온도 조절기
62 제2 온도 조절기
62a 제3 온도 조절기
63 제1 전력 제어기
64 제2 전력 제어기
65 연산기
66 메모리
70 외부 출력부
80 트랜스
81 제1 트랜스
82 제2 트랜스
W 가열 대상
w 폭
θ 조작 위상각

Claims (8)

1. 히터 제어 장치에 있어서,
   원판형의 형상을 갖는 기재와,
   상기 기재에 동축형으로 부착된 통형의 지지체와,
   상기 기재의 중심을 포함하는 영역에 배치된 제1 발열체와,
   상기 제1 발열체와 동심형으로 배치된 적어도 하나의 제2 발열체와,
   상기 제1 발열체의 제1 온도를 측정하는 온도 센서와,
   상기 적어도 하나의 제2 발열체에 공급되는 전류를 측정하는 적어도 하나의 전류 센서와,
   상기 제1 온도가 목표 온도에 근접하도록 제1 제어 신호를 출력하는 제1 온도 조절기와,
   상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 발열체에 공급되는 제1 전력을 제어하는 제1 전력 제어기와,
   상기 제2 발열체에 공급되는 제2 전력을 제어하는 제2 전력 제어기와,
   상기 제2 발열체의 온도를 구하는 연산기를 구비하고,
   상기 기재는, 가열 대상이 배치되는 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 갖고,
   상기 통형의 지지체는, 상기 제2 면에 부착되고,
   상기 온도 센서는, 상기 통형의 지지체의 내측에 배치되고,
   상기 제2 전력 제어기는, 상기 제1 전력에 대하여 미리 설정된 비율이 되도록 상기 제2 전력을 위상 제어 방식에 의해 제어하고,
   상기 연산기는, 상기 적어도 하나의 전류 센서의 측정값에 기초하여 상기 제2 발열체의 온도를 구하는 것인, 히터 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연산기는, 상기 제1 온도, 상기 제2 발열체의 제2 전압, 및 미리 정한 계수를 이용하여 상기 제2 발열체의 온도를 연산하고,
   상기 계수는, 상기 제2 발열체의 저항과 상기 제2 발열체의 온도의 관계를 나타내는 계수인 것인, 히터 제어 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 계수는, 미리 정한 복수의 계수로부터 상기 제1 온도에 따라 선택된 계수인 것인, 히터 제어 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 계수는, 상기 제1 발열체 및 상기 제2 발열체의 승온 시, 온도 유지 시, 및 강온 시에 다른 것인, 히터 제어 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 계수는, 상기 온도 유지 시에, 상기 제1 면에 상기 가열 대상이 배치되지 않은 상태에서 측정된 상기 제1 온도에 기초하여 구해지는 것인, 히터 제어 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 발열체의 온도 및 상기 제2 발열체의 온도가 적정 범위에 있는지의 여부의 판정 결과 중 적어도 한쪽을 표시 또는 외부 장치에 송신하는 외부 출력부를 구비하는, 히터 제어 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   제2 온도 조절기를 더 구비하고,
   상기 제2 온도 조절기는, 상기 제2 발열체의 온도가 목표 온도에 근접하도록 상기 비율을 조정하기 위한 제2 제어 신호를 출력하고,
   상기 제2 전력 제어기는, 상기 제2 제어 신호에 의해 조정된 상기 비율에 따라 상기 제2 전력을 제어하는 것인, 히터 제어 장치.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   제3 온도 조절기를 더 구비하고,
   상기 제3 온도 조절기는, 상기 제2 발열체의 온도와 상기 제1 온도의 차가 상기 제2 발열체의 온도와 제1 온도의 각각의 목표 온도의 차가 되도록 상기 비율을 조정하기 위한 제3 제어 신호를 출력하고,
   상기 제2 전력 제어기는, 상기 제3 제어 신호에 의해 조정된 상기 비율에 따라 상기 제2 전력을 제어하는 것인, 히터 제어 장치.

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