JP3652712B2

JP3652712B2 - ヒータ温度制御システム

Info

Publication number: JP3652712B2
Application number: JP23269793A
Authority: JP
Inventors: 隆浩谷口; 嘉之伊藤; 良廣 ▲秦▼
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: JPH0786113A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば半導体製造装置に備えられ、各種の加熱処理工程において半導体部品の接合に使用されるヒータの温度を制御するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒータに供給する電源電圧は、スライドトランスで調整し、この調整においては、ヒータに熱電対などの測温体を取り付け、この測温体の出力に応じて、温度調節器により制御され、ヒータ電源をソリッド・ステート・リレー（以下、ＳＳＲという）によってＯＮ／ＯＦＦ制御したり、また、ＰＩＤ制御等の方法により、温度を一定に保つといった温度制御がなされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術においては、まず、ヒータに測温体が取り付けられる構成であるため、この測温体の取付けによるヒータの強度の低下が生じ、また、この測温体の取付け方や取付け位置による温度測定誤差が生じるという問題があった。また、温度安定性がそれほど高くなく、加熱対象物の接触時にも変動があり、フレキシブル性のない温度制御であり、かつ、常に一定温度に保つような単純制御しかできない点でも問題があった。さらに、このシステム全体の構成においても、ヒータの経時変化による特性値の変化や、ヒータ毎に微妙に異なる特性値の変化により生じる制御誤差に対応できず、また、温度の異常があった場合においてもヒータの状態を長期に渡る履歴情報がないため、ヒータの経時特性の分析ができず、そのトラブルの原因がわからず、また、その温度異常の警告を発する手段もないため、その対応も遅れがちといった問題があった。またさらに、通信機能等の外部とのインターフェースが無いため、リモート監視やリモート制御等を行うことができず、生産ライン上のシステムとしての不都合も生じていた。
【０００４】
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたものであり、温度安定性が高く、フレキシブル性に富んだ温度制御を行うことができ、ヒータの状況をリアルタイムに監視でき、温度異常等が起こった場合にも、作業者にその異常警告を速く知らせることができ、その素早い対応が実現でき、さらに、ヒータの履歴管理等が容易になり、生産ライン上のシステムとして使い易く、また、効率のよいヒータ温度制御システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のヒータ温度制御システムは、その基本概念図である図１を参照しながら説明すると、ヒータ１ａと、そのヒータ１ａを駆動制御するヒータ駆動制御手段１ｃと、そのヒータ１ａの温度を検出するための非接触型電流センサ１ｂを備え、そのセンサ１ｂにより検出された値からヒータ１ａの温度を判定し、その温度に基づいて加熱デューティ値を変化させることによりヒータ１ａの設定温度を制御するヒータ制御ユニット部１と、ヒータ１ａを駆動させるために温度設定値を初期設定データとして入力するデータ入力部３と、その設定データおよびヒータ特性に関わる情報を格納する記憶部４と、ヒータ状況を示す情報を表示する表示部５と、外部システムとの間でデータの授受を制御する通信制御部６と、上記各部１，３，４，５，６を制御するヒータシステム制御部２とを備えたシステムである。また、このヒータシステム制御部２は、センサ１ｂからの検出結果およびヒータ１ａの初期設定データに基づいて、ヒータ１ａを駆動するか否かの動作信号およびその動作を行う時間を設定するデータを、ヒータ駆動制御手段１ｃに供給するとともに、ヒータ状況の履歴情報とそのヒータの駆動制御に関わる情報を記憶部４に格納し、かつ、ヒータ温度があらかじめ設定された温度範囲に有るか否かを判別し、温度範囲にない場合はヒータ温度は異常と判別し、表示部５に対しその異常を知らせるための表示を行うよう駆動制御し、記憶部４に格納された情報に基づき、ヒータ１ａの状況をリアルタイムに監視することによって特徴付けられる。
【０００６】
【作用】
ヒータ状況がリアルタイムに監視でき、また、その履歴情報も蓄積されているのでヒータの経時特性分析やデータ管理ができる。また、非接触型電流センサ１ｂにより、加熱対象物に接触することがなく、温度測定誤差がなく、また、このセンサ１ｂの検出結果および設定データにより、ヒータ１ａの温度制御は自動的になされる。また、ヒータ温度に異常があった場合には、その警告がただちに表示されるので、速くその異常の認識ができる。
【０００７】
また、通信制御部６により、外部システムとの情報の交換ができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明実施例について、図面に基づいて説明する。
図２は、本発明実施例の構成を示すシステム構成図である。また、図３はヒータ制御ユニットの各部の構成を示す構成図である。
【０００９】
セラミックヒータ等の発熱体を備えたヒータ(201) とＳＳＲ(202) とからなるヒータ部１０１、非接触型の電流センサ(211) とその出力を増幅する増幅器(212) が備えられたセンサ部１０２、交流電源(231) を備えた供給電源部１０４、ヒータ(201) にかける電源をＯＮ／ＯＦＦするＳＳＲコントローラ(221) と異常判定用比較器(222) と温度判定用比較器(223) と、温度確認の通電サイクルを決めるカウンタ(224) とが備えられたヒータ制御部１０３、制御のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを発生させるクロック発生器(241) を備えたクロック発生部１０５、および、デジタル値をアナログ値に変換するデジタル・アナログ変換器(251) とアナログ値をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換器(252) とからなる変換部１０６から構成されたヒータ制御ユニット１００が備えられている。さらに、このヒータ制御ユニット１００とバス（デジタル信号伝送路）１６０を通して接続されており、このヒータ制御システム全体を制御するプロセッサ部１１０、表示画面１３１を制御する画面制御部１３０、キーボードや操作パネル等のデータ入力ユニット１２１から入力されたデータをプロセッサ部１１０へ伝える操作部１２０、ディスク１４１を制御するディスク部１４０、および、外部の上位システム１５０とディスプレイ通信制御する通信制御部１１１とによって構成されている。ディスク１４１は、フロッピーディスクやハードディスク等が用いられ、ヒータに関する過去のデータやヒータの履歴情報等、後述する全てのデータが格納されている。
【００１０】
次に、以上の構成からなる本発明実施例のシステム動作を説明する。
まず、その基本動作を、図４および図５に示す温度判定のタイミングチャートに基づいて説明する。
【００１１】
ヒータ(201) をＯＮ制御して、ヒータ(201) に流れる電流値を電流センサ(211) で測定し、測定値と基準値を比較してコンパレータパルスをつくり、クロック発生部１０５で出力された供給電源と同じ周期をもつ同時クロックにゼロクロスで同期させて、位相比較パルスを生成する。さらに、コンパレータパルスとこの位相比較パルスを重ねて共通する位相部分だけの低温パルスを生成する。図４に示すように、この低温パルスが生成された場合はヒータ温度が設定温度より低いことを示し、また、図５に示すように、低温パルスが生成されない場合は設定温度より高いか、あるいは、ヒータがＯＦＦの制御状態であることを示す。この判定の結果、ヒータ温度が低い場合は、ヒータのＯＮ制御と温度測定を継続し、また、ヒータ温度が高い場合は、ヒータのＯＦＦ制御を行う。このＯＦＦ制御に入った場合は、同期クロックを設定カウント値の回数までカウント後にヒータを再びＯＮ制御し、温度測定する。このようなコンパレータ制御を行う他に、カウント値を少なくして温度を測定するだけでなく、加熱を行うといった、いわゆる加熱デューティ制御を行うことができる。
【００１２】
実際には、、開始前に初期化動作５０１をする。その際、ヒータ温度と時間の測定により温度上昇速度、温度上昇加速度、温度下降速度、温度下降加速度、温度安定度を算出し、前回測定時の値をディスク制御１４０によりディスク１４１から出力し、算出した値と比較して違いがあればそれに応じてコンパレータ基準値と加熱デューティ値を調整し、補正をかける。同時に今回測定および算出したヒータ温度、時間、温度上昇速度、温度上昇加速度、温度下降速度、温度下降加速度、温度安定度に対し年月日時刻のデータを付加し（以下、これらをヒータ初期データ６０２という）、ディスク制御部１４０によりディスク１４１に格納する。
【００１３】
次に、データ入力ユニット１２１により一定温度制御または温度カーブ制御のいずれかを選択し、一定温度制御ならばコンパレータ基準値による設定温度、カウント値による加熱デューティ値、ＯＮ時刻、ＯＦＦ時刻を設定する。（以下、これらをヒータ制御データ６０３という）コンパレータ基準値は、プロセッサ部１１０からバス１６０を通して変換部１０６で、デジタル値からアナログ値に変換されて設定される。カウント値は、プロセッサ部１１０からバス１６０を通して変換部１０６では変換されず、そのままデジタル値で設定される。同時に、これらの設定温度、カウント値による加熱デューティ値、ＯＮ時刻、ＯＦＦ時刻に対し年月日時刻のデータを付加し（以下、これらをヒータ初期データ６０２という）、ディスク制御部１４０によりディスク１４１に格納する。
【００１４】
そこで、ヒータ制御システムが開始されると、設定された値に従って温度制御する。そのとき、測定されている温度を示す電流センサ出力値は変換部１０６でアナログ値からデジタル値に変換されて、バス１６０を通りプロセッサ部１１０へ送られる。プロセッサ部１１０は受け取ったセンサ部１０２の値を温度に換算して現在の温度とし設定温度と並べて表示し、それと共にヒータ名、温度上昇速度、温度上昇加速度、温度下降速度、温度下降加速度、温度安定度、設定温度カーブ、測定温度カーブ、温度差、ヒータ稼働（ＯＮ制御）時間、ヒータ停止（ＯＦＦ制御）時間、ヒータ負荷時間、ヒータ稼働率のデータも算出し表示する。これらのデータに対し年月日時刻のデータを付加し（以下、これらをヒータ特性データ６０４という）、ディスク制御部１４０によりディスク１４１に格納する。
【００１５】
また、既に設定した設定温度と現在の温度を比較して、その間に温度差があれば差が小さくなるように、コンパレータ基準電圧値や加熱デューティ値を調節する。
【００１６】
また、あらかじめ、ヒータ特性データが良好な状態である範囲を設定し、その範囲をヒータ特性データから外れたときは、トラブル状態とする。このとき、トラブルが発生したことを画面制御部１３０により画面表示し、緊急にＯＦＦ制御を行う。そして、トラブル発生直前のヒータ特性データ６０４を画面制御部１３０により画面表示し、直後もヒータ制御部１０３のカウント値を設定できる最大値から最小値までの間で変化させてカウンタが正常に動作するか否かを確認し、コンパレータの設定値も設定できる最大値から最小値までの間で変化させてカウンタが正常に動作するか否かを確認する。そして、通信制御部１１１により上位システム１５０へヒータトラブルデータ６０５としてトラブル報告５０３をする。同時にディスク制御部１４０により、トラブルデータ６０５に年月日時刻のデータを付加し、ディスク１４１に格納する。
【００１７】
そして、格納されたヒータ初期データ６０２、ヒータ制御データ６０３、ヒータ特性データ６０４、およびヒータトラブルデータ６０５からなる履歴データを検索して、画面制御部１３０により、画面表示し、必要なデータだけを加工して接触時間、温度変化値、変化速度、変化加速度のデータにより加熱対象物と接触時の特性分析や初期化動作時にディスク１４１内に格納し、蓄積したヒータ初期データ６０２によりヒータ自体の経時特性分析を行う。
【００１８】
次に、上位システムとの通信手順を図６を参照しながら、以下に説明する。
初期化動作５０１を行ったときに、このヒータ制御システムがもつ固有番号すなわち、自システムＩＤ６０１とヒータ初期データ６０２を、上位システムに送信する。また、蓄積されたヒータ制御データ６０３、ヒータ特性データ６０４およびヒータトラブルデータ６０５は、定期毎に自システムＩＤ６０１とともに送信し、定期データ報告５０２を行う。なお、この定期毎の設定は、月単位、週単位、日単位、時・分・秒単位に任意に設定がなされる。また、ヒータトラブルが発生した場合はその都度、そのヒータトラブルデータ６０５を自システムＩＤ６０１とともに送信する。なお、以上の初期化動作５０１、定期データ報告５０２、トラブル報告５０３に対し、上位システムではそれぞれその確認処理を行う。そして、上位システムからスタート制御の指示６０６やストップ制御の指示６０７を受けたときは、それに従い強制制御すなわち、制御スタート５０４および制御ストップ５０５を行う。
【００１９】
以上の本発明実施例では、ヒータの温度制御は自動的に行われるが、この制御はコンパレータ制御と加熱デューティ制御を適宜組み合わせたフレキシブルな制御を実現できる。また、非接触型の電流センサが用いられ、温度安定性が高く、精度の高いデータを得ることができる。また、ヒータの経時データが蓄積されているので、データ解析やメンテナンスを容易に行うことができ、また、ヒータの状況はリアルタイムに監視できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のヒータ温度制御システムによれば、ヒータシステム制御部は、センサからの検出結果およびヒータの初期設定データに基づいて、ヒータを駆動するか否かの動作信号およびその動作を行う時間を設定するデータを、ヒータ駆動制御手段に供給するとともに、ヒータ状況の履歴情報とそのヒータの駆動制御に関わる情報とを記憶部に格納し、かつ、ヒータ温度があらかじめ設定された温度範囲に有るか否かを判別し、温度範囲にない場合はヒータ温度は異常と判別して、表示部に対しその異常を知らせるための表示を行うよう駆動制御し、記憶部に格納された情報に基づき、ヒータの状況をリアルタイムに監視する構成としたので、ヒータの経時特性分析やデータ管理が容易になり、システム解析作業を効率的に行うことができ、装置管理が容易になる。また、ヒータの温度制御は自動的になされ、かつ、その温度安定性の高い制御となり、さらに、メンテナンス作業も減り、稼働率が向上する。
【００２１】
また、ヒータ状況がリアルタイムに監視でき、ヒータ温度に異常があった場合には、速くその異常を認識することができ、その対応を迅速に行うことができる。この結果、生産ライン上のシステムとして、汎用性が高まり、また、製品の品質向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本概念図
【図２】本発明実施例の構成を示すシステム構成図
【図３】本発明実施例のヒータ制御ユニットの構成を示す図
【図４】本発明実施例における温度判定を説明するためのタイミングチャート
【図５】本発明実施例における温度判定を説明するためのタイミングチャート
【図６】本発明実施例における通信手順を説明する図
【符号の説明】
１・・・・ヒータ制御ユニット部
１ａ・・・・ヒータ
１ｂ・・・・センサ
１ｃ・・・・ヒータ駆動制御手段
２・・・・ヒータシステム制御部
３・・・・データ入力部
４・・・・記憶部
５・・・・表示部
６・・・・通信制御部

Claims

ヒータと、そのヒータを駆動制御するヒータ駆動制御手段と、そのヒータの温度を検出するための非接触型電流センサを備え、そのセンサにより検出された値から上記ヒータの温度を判定し、その温度に基づいて加熱デューティ値を変化させることにより当該ヒータの設定温度を制御するヒータ制御ユニット部と、上記ヒータを駆動させるために温度設定値を初期設定データとして入力する入力部と、その設定データおよびヒータ特性に関わる情報を格納する記憶部と、ヒータ状況を示す情報を表示する表示部と、外部システムとの間でデータの授受を制御する通信制御部と、上記各部を制御するヒータシステム制御部とを備えるとともに、このヒータシステム制御部は、上記センサからの検出結果および上記ヒータの初期設定データに基づいて、上記ヒータを駆動するか否かの動作信号およびそのヒータ駆動時間を設定するデータを、上記ヒータ駆動制御手段に供給するとともに、ヒータ状況の履歴情報とそのヒータの駆動制御に関わる情報とを上記記憶部に格納し、かつ、ヒータ温度があらかじめ設定された温度範囲に有るか否かを判別し、温度範囲にない場合はヒータ温度は異常と判別して、上記表示部に対しその異常を知らせるための表示を行うよう駆動制御し、上記記憶部に格納された情報に基づき、当該ヒータの状況をリアルタイムに監視することを特徴とするヒータ温度制御システム。