JPH07272828A - ヒータ温度制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】安定化電源を用いることなく、ヒータの温度を
精度良く設定温度に維持する。 【構成】ヒータに供給される交流電源の単位サイクルに
おける検出タイミングを位相比較パルスのエッジでもっ
て示し、検出タイミングにおけるヒータ電流値が設定値
以上である場合にはヒータへの通電を行い、ヒータ電流
値が設定値以下の場合ではヒータへの通電を停止する温
度制御システムに適用する。そして交流電源の電圧を検
出し、検出結果を検出電圧として出力する電圧検出部３
１と、検出電圧が低下したときには、その低下量に対応
して設定値を減少させ、検出電圧が上昇したときには、
その上昇量に対応して設定値を増加させる設定値補正部
３５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【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等を制御するシステムに係
り、より詳細には、交流電源の単位サイクルの定められ
たタイミングにおいて、ヒータ電流値が設定値となるよ
うにヒータへの通電を制御するヒータ温度制御システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体部品の接合に使用されるヒータ等
のような発熱体においては、温度の上昇に伴ってその抵
抗値が一義的に増加する。この特性に基づき、発熱体に
流れる電流値が一定となるように制御することによっ
て、ヒータの温度を所定温度に制御するシステムがあ
る。以下に、このシステムの従来技術を示す。

【０００３】この装置では、交流電流の各サイクルにお
いて、ヒータに流れる電流値が設定値を超える期間をコ
ンパレータパルスでもって示すと共に、電流値の検出タ
イミングをエッジでもって示す位相比較パルスを生成し
ている。そしてコンパレータパルスと位相比較パルスと
が重複する期間が生じる場合には、その重複を示す低温
パルスを生成している。そして、この低温パルスが生成
される場合は、ヒータの電流値が大きく、ヒータ温度が
設定温度より低いとして、ヒータに通電を行い、低温パ
ルスが生成されない場合は、ヒータの電流値が小さく、
ヒータの温度が設定温度より高いとして、ヒータに通電
しない制御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の温度制御システムに供給される商用電源に電圧変動
があった場合、ヒータの温度に変化が生じなかったにも
関わらず、ヒータの電流値を変動させることになる。こ
の結果、コンパレータパルスの生成のタイミングに変化
が生じ、低温パルスの生成に誤りが生じる。そのためヒ
ータの通電の制御に狂いが生じ、ヒータ温度が設定温度
に維持されないという問題を生じていた。この問題を回
避するためには、定電圧化した商用電源をシステムに供
給すれば良いのであるが、定電圧化するための安定化電
源は、ヒータの消費電力が大きいことから、形状が大き
く、かつ高価になるという問題があった。

【０００５】本発明は上記課題を解決するため創案され
たものであって、請求項１記載の発明の目的は、供給さ
れる交流電源の電圧を監視し、この電圧の変化に従っ
て、ヒータ電流値との比較に使用される設定値を変化さ
せることにより、安定化電源を用いることなく、ヒータ
の温度を精度良く設定温度に維持することのできるヒー
タ温度制御システムを提供することにある。

【０００６】また請求項２記載の発明の目的は、外部か
ら与える必要のある値を、電源電圧の変化に依存しない
電圧を示す基準値と、ヒータの設定温度を示す設定値の
基準値との２種のみとして、電圧変化への補正機能を持
たない装置への組み込みを容易にすることのできるヒー
タ温度制御システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明に係るヒータ温度制御システムは、
ヒータに供給される交流電源の単位サイクルにおける検
出タイミングを位相比較パルスのエッジでもって示し、
検出タイミングにおけるヒータ電流値が設定値以上であ
る場合にはヒータへの通電を行い、ヒータ電流値が設定
値以下の場合ではヒータへの通電を停止するヒータ温度
制御システムに適用し、交流電源の電圧を検出し、検出
結果を検出電圧として出力する電圧検出部と、検出電圧
が低下したときには、その低下量に対応して設定値を減
少させ、検出電圧が上昇したときには、その上昇量に対
応して設定値を増加させる設定値補正部とを備えた構成
としている。

【０００８】また請求項２の発明に係るヒータ温度制御
システムは、電圧検出部から、交流電源の電圧と予め設
定された基準値との差異を検出電圧として出力させ、設
定値補正部には、ヒータの設定温度に対応して定まる基
準値と検出電圧との加算を行わせ、加算結果を設定値と
して出力させている。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明の作用を以下に示す。

【００１０】ヒータ温度が一定であるとは、ヒータの抵
抗値が一定であることを意味する。このことは、交流電
源の電圧が上昇した場合にはヒータ電流が増加し、電圧
が低下した場合にはヒータ電流が減少することを意味す
る。そのため設定値補正部は、電圧検出部によって検出
された検出電圧に基づき、検出電圧が低下したときに
は、その低下量に対応して設定値を減少させる。また検
出電圧が上昇したときには、その上昇量に対応して設定
値を増加させる。

【００１１】請求項２記載の発明の作用を以下に示す。

【００１２】電圧検出部は、交流電源の電圧と予め設定
された基準値との差を検出電圧として出力する。また設
定値補正部は、ヒータの設定温度に対応して定まる基準
値と検出電圧との加算を行い、加算結果を設定値として
出力する。そのため、制御値として外部から与える必要
のある値は、電源電圧の基準値とヒータの設定温度に対
応して定まる基準値との２種類のみとなる。つまり外部
における制御は、電圧変化の考慮の必要のない制御とな
る。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の一実施例について図面を参
照しつつ説明する。

【００１４】図２は、本発明のヒータ温度制御システム
の一実施例の電気的構成を示すブロック図、図３は、同
実施例のヒータ制御ユニットの電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【００１５】図において、ヒータ制御ユニット１００
は、ソリッドステートリレー（以下ではＳＳＲと称す
る）２０２を制御することにより、ヒータ部１０１のヒ
ータ２０１の温度を制御するブロックであり、センサー
部１０２、ヒータ制御部１０３、供給電源部１０４、ク
ロック発生部１０５、および変換部１０６を含む構成と
なっている。

【００１６】そして供給電源部１０４は、商用電源であ
る交流電源２３１となっており、その電圧は安定化され
ていない。またクロック発生部１０５は、交流電源２３
１のゼロクロスのタイミングを検出し、検出したタイミ
ングに従って、必要とする種々のクロックを生成するク
ロック発生器２４１によって構成されている。またセン
サー部１０２は、非接触式の電流検出器である電流セン
サー２１１と、電流センサー２１１の出力を増幅する増
幅器２１２とによって構成されており、ヒータ２０１に
流れる電流を検出する。

【００１７】またヒータ制御部１０３は、ＳＳＲ２０２
の点弧信号を生成するＳＳＲコントローラ２２１、ヒー
タ２０１の断線、短絡等の異常を検出するための異常判
定用比較器２２２、ヒータ２０１の温度を検出するた
め、所定タイミングにおけるヒータ電流を設定値と比較
する温度判定用比較器２２３、および位相比較パルス等
の生成とＳＳＲコントローラ２２１の制御とを行うカウ
ンタ２２４とによって構成されており、センサー部１０
２の出力、クロック発生部１０５からの出力、および変
換部１０６の出力に従い、ＳＳＲ２０２の点弧を制御す
る。

【００１８】また変換部１０６は、ヒータ制御ユニット
１００内の各ブロックとプロセッサ部１１０とのインタ
ーフェースとなるブロックであり、Ａ／Ｄ変換器２５
２，２５３とＤ／Ａ変換器２５１とを含んでいる。

【００１９】デジタルバス１６０を介してヒータ制御ユ
ニット１００と接続されたプロセッサ部１１０は、シス
テムとしての主たる制御を行うためのブロックであり、
その内部に電圧検出部と設定値補正部とを含んでいる
（後に詳述する）。そしてヒータ制御ユニット１００の
制御を行うと共に、ヒータ制御ユニット１００より得ら
れる各種データの処理を行う。また通信制御部１１１を
介して上位システム１５０との間で入出力されるデー
タ、操作部１２０を介して導かれたデータ入力ユニット
１２１からのデータ、画面制御部１３０を介して表示画
面１３１に送出されるデータの処理を行う。またディス
ク１４１に記憶されると共にディスク制御部１４０を介
して導かれるデータであり、ヒータ２０１の温度変化に
おける速度、加速度、安定度等のデータについて、その
処理を行う。

【００２０】またＡ／Ｄ変換器２５３は、クロック発生
部１０５内部において分圧された交流電源２３１の出力
をデジタル化し、デジタルバス１６０に送出する。また
Ａ／Ｄ変換器２５２は、増幅器２１２の出力をデジタル
化し、デジタルバス１６０に送出する。またＤ／Ａ変換
器２５１は、プロセッサ部１１０より送出され、デジタ
ルバス１６０を介して導かれた出力をアナログ信号に変
換し、変換したアナログ信号を異常判定用比較器２２２
と温度判定用比較器２２３とに送出する。

【００２１】図１は、プロセッサ部１１０内に設けられ
た電圧検出部と設定値補正部との電気的構成を示すブロ
ック図である。

【００２２】電圧検出部３１は、検出部３２と減算器３
３とにより構成されており、検出部３２は、交流電源２
３１の電圧を示すデータであり、Ａ／Ｄ変換器２５３に
よってデジタル化されたデータから、交流電源２３１の
電圧を検出する。また減算器３３は、検出部３２の出力
と、電圧の基準を示す基準値３４との差を演算し、演算
結果を検出電圧として乗算器３７に送出する。

【００２３】また設定値補正部３５は、加算器３６と乗
算器３７とにより構成されていて、乗算器３７は、減算
器３３の出力である検出電圧に係数３９を乗じる。また
加算器３６は、ヒータ２０１の設定温度に対応して定ま
る基準値３８と乗算器３７の出力との加算を行い、加算
結果を設定値として出力する。つまり設定値補正部３５
は、検出電圧が低下したときには、その低下量に対応し
て設定値を減少させ、上昇したときには、その上昇量に
対応して設定値を増加させる演算を行う。そして演算結
果である設定値を、デジタルバス１６０、Ｄ／Ａ変換器
２５１を介し、アナログ信号として温度判定用比較器２
２３に送出する。

【００２４】図４は、電圧が一定である場合の温度制御
における主要信号を示すタイミングチャート、図５は、
交流電源２３１の電圧変化に伴う設定値の補正を示す説
明図である。必要に応じて同図を参照しつつ、以下に、
本発明の一実施例の動作を説明する。

【００２５】ヒータ２０１の抵抗値は、温度上昇に対応
して一義的に増加する。このため、図４の４１に示すよ
うに、交流電源２３１の電圧が一定である場合、ヒータ
２０１の温度が設定温度であるときの電流を４２ａによ
り示すと、ヒータ２０１の温度が低い場合では４２ｂに
示す電流となる。また高い場合では４２ｃに示す電流と
なる。

【００２６】またカウンタ２２４内部では、クロック発
生部１０５の出力を元として、交流電源２３１の各サイ
クルにおいて、ゼロクロスから始まる期間ｔ１ではＨレ
ベルとなる位相比較パルス４４が生成される。また温度
判定用比較器２２３は、検出された電流値と設定値Ｖ１
との比較を行い、設定値Ｖ１より電流が多くなる期間で
はＨレベルであるコンパレータパルス４３ａ〜４３ｃを
生成する。

【００２７】またカウンタ２２４内部では、位相比較パ
ルス４４とコンパレータパルス４３とが共にＨレベルと
なる期間を示す低温パルス４５が生成される。この低温
パルス４５が生成されるのは、図４では、電流が４２ｂ
により示される場合である。そして低温パルス４５が生
成される場合では、ヒータ２０１の温度が設定温度より
低いとして、次に続くサイクルにおいてもヒータ２０１
への通電を続ける。

【００２８】一方、電流が４２ｃにより示される場合で
は、低温パルス４５は生成されない。このときには、ヒ
ータ２０１の温度は設定温度より高いとして、次に続く
サイクルからは、ヒータ２０１への通電を停止する。そ
して一定数のサイクルが経過したとき、通電を行うこと
によって、低温パルス４５が生成されるかどうかを判定
する。そして低温パルス４５が生成される場合では通電
を行う。また低温パルス４５が生成されない場合では、
一定のサイクル後、同様の判定を行う。

【００２９】以上の制御の結果として、ヒータ２０１に
流れる電流は、位相比較パルス４４の立ち下がりエッジ
が現れる時刻Ｔ１において、ヒータ２０１に流れる電流
が設定値Ｖ１となるように制御される。

【００３０】いま、交流電源２３１の電圧が、図５の４
１ｄにより示す電圧（図１の基準値３４により示される
値）であるとし、設定値がＶ１（図１の基準値３８によ
り示される値）であるとすると、ヒータ２０１の電流は
４２ｄとなるように制御される。この状態において、電
圧が上昇し、４１ｅにより示す電圧となったとすると、
電流は４２ｅにより示す値となる。このとき、設定値が
Ｖ１のままであるとすると、ヒータ２０１の温度が低下
したと判定される。そのためヒータ２０１の温度は設定
温度より高くなるように制御され、温度に誤差が生じ
る。

【００３１】この誤差を補正するため、電圧検出部３１
は、４１ｄと４１ｅとの差を減算器３３でもって演算
し、演算結果を乗算器３７に出力する。そして乗算器３
７は、この演算結果と係数３９との乗算を行い、その結
果を加算器３６に送出する。次いで加算器３６は、乗算
器３７の出力と基準値３８との加算を行い、加算結果
を、設定値として温度判定用比較器２２３に送出する。
このときの設定値は、上記演算の結果として、設定値Ｖ
２となる。

【００３２】以上の結果、このとき以後の制御は、ヒー
タ電流が４２ｅにより示される電流となるように制御さ
れる。このためヒータ２０１の温度は、交流電源２３１
の電圧が４１ｄであった場合と同一温度となるように制
御される。つまりヒータ２０１の温度は、基準値３８に
より示される温度に制御される。

【００３３】また交流電源２３１の電圧が４１ｆにより
示す電圧となった場合にも、同様の演算によって、設定
値Ｖ３が演算され、温度判定用比較器２２３に与えられ
る。そのためヒータ２０１の温度は、基準値３８として
示される温度に制御されることとなる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の発明に係るヒータ温度制
御システムは、ヒータに供給される交流電源の単位サイ
クルにおける検出タイミングを位相比較パルスのエッジ
でもって示し、検出タイミングにおけるヒータ電流値が
設定値以上である場合にはヒータへの通電を行い、ヒー
タ電流値が設定値以下の場合ではヒータへの通電を停止
するヒータ温度制御システムに適用している。そして交
流電源の電圧を検出し、検出結果を検出電圧として出力
する電圧検出部と、検出電圧が低下したときには、その
低下量に対応して設定値を減少させ、検出電圧が上昇し
たときには、その上昇量に対応して設定値を増加させる
設定値補正部とを備えている。そのため交流電源の電圧
が低下したときには、その低下量に対応して設定値が減
少し、同電圧が上昇したときには、その上昇量に対応し
て設定値が増加するので、安定化電源を用いることな
く、ヒータの温度を精度良く設定温度に維持することが
可能となっている。

【００３５】また請求項２記載の発明に係るヒータ温度
制御システムは、電圧検出部から、交流電源の電圧と予
め設定された基準値との差を検出電圧として出力させ、
設定値補正部には、ヒータの設定温度に対応して定まる
基準値と検出電圧との加算を行わせ、加算結果を設定値
として出力させている。そのため、外部から与える必要
のある値は、電源電圧の基準値とヒータの設定温度に対
応して定まる基準値との２種類のみとなり、電圧変化へ
の補正機能を持たない装置への組み込みが容易になると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】プロセッサ部内に設けられた電圧検出部と設定
値補正部との一実施例の電気的構成を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明のヒータ温度制御システムの一実施例の
電気的構成を示すブロック図である。

【図３】本発明のヒータ温度制御システムの一実施例に
おけるヒータ制御ユニットの電気的構成を示すブロック
図である。

【図４】電圧が一定である場合の温度制御における主要
信号を示すタイミングチャートである。

【図５】交流電源の電圧変化に伴う設定値の補正を示す
説明図である。

【符号の説明】

３１ 電圧検出部 ３４ 電圧の基準値 ３５ 設定値補正部 ３８ 設定値の基準値 ４４ 位相比較パルス ２０１ ヒータ ２３１ 交流電源 Ｖ１〜Ｖ３ 設定値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータに供給される交流電源の単位サイ
   クルにおける検出タイミングを位相比較パルスのエッジ
   でもって示し、前記検出タイミングにおけるヒータ電流
   値が設定値以上である場合には前記ヒータへの通電を行
   い、前記ヒータ電流値が前記設定値以下の場合では前記
   ヒータへの通電を停止するヒータ温度制御システムにお
   いて、 前記交流電源の電圧を検出し、検出結果を検出電圧とし
   て出力する電圧検出部と、 前記検出電圧が低下したときには、その低下量に対応し
   て前記設定値を減少させ、前記検出電圧が上昇したとき
   には、その上昇量に対応して前記設定値を増加させる設
   定値補正部とを備えたことを特徴とするヒータ温度制御
   システム。
2. 【請求項２】 前記電圧検出部は、前記交流電源の電圧
   と予め設定された基準値との差異を前記検出電圧として
   出力し、 前記設定値補正部は、前記ヒータの設定温度に対応して
   定まる基準値と前記検出電圧との加算を行い、加算結果
   を前記設定値として出力することを特徴とする請求項１
   記載のヒータ温度制御システム。