KR101261399B1 - Emperature control system of heating system and temperature control method using the same - Google Patents

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조중근
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Abstract

PURPOSE: A temperature control system of a heater system and a temperature controlling method using the same are provided to raise the temperature of a target for a short time by supplying the maximum power for the maximum output time. CONSTITUTION: A supporting and heating unit(10) supports and heats a target. A power source(20) supplies power to a heating device(140). A control unit(30) controls the temperature of the target. A memory unit stores the maximum power. A measuring unit includes a weight measuring part and an equivalent specific heat measuring part. [Reference numerals] (1) Heated object; (10) Supporting and heating unit; (140) Heating device; (20) Power source; (30) Control unit

Description

히터시스템의 온도 제어시스템 및 이를 이용한 온도 제어방법{EMPERATURE CONTROL SYSTEM OF HEATING SYSTEM AND TEMPERATURE CONTROL METHOD USING THE SAME}Temperature control system of heater system and temperature control method using same {EMPERATURE CONTROL SYSTEM OF HEATING SYSTEM AND TEMPERATURE CONTROL METHOD USING THE SAME}

본 발명의 일 실시예는 히터시스템의 온도 제어시스템 및 이를 이용한 온도 제어방법에 관한 것이다.
One embodiment of the present invention relates to a temperature control system of a heater system and a temperature control method using the same.

일반적으로, 플라즈마 공정장비의 공정챔버 내에는 전원을 공급받는 상부전극(Cathode)과, 상부 전극과 쌍을 이루면서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 전기장을 형성하는 동시에 전위차를 발생시키는 하부전극(Susceptor)이 설치되어 있다.In general, an upper electrode (Cathode) receiving power and a lower electrode (Susceptor) generating a potential difference while generating an electric field to generate a plasma in pairs with the upper electrode are installed in the process chamber of the plasma processing equipment. It is.

또한, 상기 하부전극으로서의 서셉터 즉, 디스플레이, 태양광 및 반도체 제조장비에 사용되는 서셉터는 웨이퍼나 유리 등과 같은 기판 등을 공정에 적합한 온도까지 가열하는 히터(Heater) 기능까지도 겸하고 있으며, 디스플레이나 태양광용 플라즈마 공정장비에 사용되는 유리기판이 대형화되는 추세에 따라 그 크기나 무게도 대형화되어 가고 있다.In addition, the susceptor as the lower electrode, that is, the susceptor used in display, solar light, and semiconductor manufacturing equipment, also functions as a heater function for heating a substrate such as a wafer or glass to a temperature suitable for a process. As glass substrates used in photovoltaic plasma processing equipment become larger in size, their size and weight are also increasing.

상기 디스플레이나 태양광용 플라즈마 제조 공정에서는 기판의 온도에 따라 반응이 극단적으로 변할 수 있고 이는 수율에 직접적으로 영향을 미치기 때문에, 기판의 온도를 일정온도까지 얼마나 빨리 그리고 균일하게 유지할 수 있느냐 하는 제어 방식이 공정에 중요한 요소에 해당된다. 이러한 온도를 제어하는 방식으로는 일반적으로 PID 제어방식, 즉 비례적분미분 제어방식을 사용한다.In the display or photovoltaic plasma manufacturing process, the reaction can be extremely changed depending on the temperature of the substrate, which directly affects the yield, so that a control method of how fast and uniformly the temperature of the substrate can be maintained up to a certain temperature is provided. This is an important factor in the process. As a method of controlling the temperature, a PID control method, that is, a proportional integral differential control method, is generally used.

이러한 PID 제어방식은 측정된 기판의 온도 오차에 대한 이득 값들을 조정하여 목표온도에 지수함수적으로 접근하도록 하는 방식으로서, 기판 처리를 위해 요구되는 온도까지 온도를 승온하는 시간이 비교적 길어져 공정시간에 많은 영향을 끼치는 문제점이 있었다.
The PID control method adjusts the gain values for the measured temperature error of the substrate to approach the target temperature exponentially. The time for raising the temperature to the temperature required for processing the substrate is relatively long. There were a lot of problems.

본 발명의 일 실시예는 기판과 같은 피가열물 처리를 위하여 승온이 필요한 경우 히터시스템의 특성에 맞도록 최대 공급 전력을 최대 출력 시간동안 공급하여 최단 시간내 피가열물이 승온되도록 하는 히터시스템의 온도 제어시스템 및 이를 이용한 온도 제어방법을 제공한다.
One embodiment of the present invention is to provide a maximum power supply for the maximum output time in accordance with the characteristics of the heater system when the temperature is required for the processing of the object to be heated, such as a substrate of the heater system to increase the temperature of the heated object in the shortest time Provided is a temperature control system and a temperature control method using the same.

본 발명의 일 실시예에 의한 히터시스템의 온도 제어방법은, 전력 소스로부터 전력을 공급받은 가열장치가 지지및가열부의 내부에 내장되고, 상기 가열장치를 통하여 상기 지지및가열부의 상부에 위치되는 피가열물에 열을 가하는 히터시스템의 온도 제어방법에 있어서, a)상기 피가열물의 목표 온도와 상기 가열장치로 공급되는 최대 공급 전력을 설정하는 단계; b)상기 피가열물의 초기 온도를 측정하는 단계; c)상기 피가열물의 질량과 등가 비열을 측정하는 단계; d)상기 목표 온도, 최대 공급 전력, 동작 온도, 질량 및 등가 비열을 이용하여 상기 전력 소스의 최대 출력시간을 연산하는 단계; 및 e)상기 연산된 최대 출력시간동안 상기 가열장치로 상기 최대 공급 전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.In the temperature control method of a heater system according to an embodiment of the present invention, a heating device supplied with electric power from a power source is embedded in a support and a heating unit, and is located on an upper portion of the support and heating unit through the heating device. A method of controlling a temperature of a heater system for heating a heated object, the method comprising: a) setting a target temperature of the heated object and a maximum supply power supplied to the heating apparatus; b) measuring an initial temperature of the heated object; c) measuring the mass and equivalent specific heat of the heated object; d) calculating a maximum output time of the power source using the target temperature, maximum supply power, operating temperature, mass and equivalent specific heat; And e) supplying the maximum supply power to the heating device during the calculated maximum output time.

상기 d)단계는 수학식Step d) is the equation

최대 출력시간=질량＊등가 비열＊(목표 온도- 초기 온도)／최대 공급 전력Maximum output time = mass * equivalent specific heat * (target temperature-initial temperature) / maximum supply power

에 의하여 상기 최대 출력시간을 연산할 수 있다.The maximum output time can be calculated by.

상기 b)단계는 b-1)상기 가열장치의 온도를 측정하는 과정과 b-2)상기 측정된 열선의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 큰 경우 상기 가열장치에 공급되는 전력을 낮추는 과정을 더 포함할 수 있다.The step b) further includes b-1) measuring the temperature of the heating device and b-2) lowering the power supplied to the heating device when the measured temperature of the heating wire is greater than a preset reference temperature. can do.

상기 f)단계 이후에, g)상기 피가열물이 상기 목표 온도에 도달하면 PID(proportional integrel derivative) 방식 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step f), g) if the heated object reaches the target temperature may further comprise the step of performing a PID (proportional integrel derivative) control.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 히터시스템의 온도 제어시스템은 상기 히터시스템의 온도 제어방법을 수행하는 히터시스템의 온도 제어시스템이고, 상부면에 피가열물이 탑재되고 상기 탑재된 피가열물을 지지 및 가열하고, 그 내부에 가열장치가 내장된 지지및가열부; 상기 가열장치에 열이 발생되도록 전력을 공급하는 전력 소스; 및 상기 전력 소스가 상기 피가열물이 목표 온도에 최단 시간에 도달되도록, 상기 가열장치에 최대 공급전력을 가할 수 있는 최대 출력시간을 연산하여 상기 연산된 최대 출력시간동안 상기 전력 소스로부터 상기 가열장치로 최대 공급 전력이 공급되도록 제어하되, 상기 피가열물이 상기 목표 온도에 도달되는 경우 상기 전력 소스를 PID 방식 제어하여 상기 피가열물의 온도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.In addition, the temperature control system of the heater system according to an embodiment of the present invention is a temperature control system of the heater system for performing the temperature control method of the heater system, the heating object is mounted on the upper surface and the mounted heating object A support and a heating unit having a heating device therein; A power source for supplying power to heat the heater; And calculating, by the power source, the maximum output time that can apply the maximum supply power to the heating device such that the heated object reaches the target temperature at the shortest time, from the heating device during the calculated maximum output time. The controller may be configured to supply a maximum supply power, and to control the temperature of the heated object by PID-controlling the power source when the heated object reaches the target temperature.

상기 지지및가열부는 그 내부에 상기 피가열물의 질량을 측정하는 질량 측정수단과 상기 피가열물에 인접되는 위치에 상기 피가열물의 온도를 측정하는 온도 측정수단을 구비하고, 상기 제어부는 미리 설정된 피가열물의 목표 온도와 상기 가열장치로 공급되는 최대 공급 전력이 저장된 메모리부; 상기 온도 측정수단에 연결되어 상기 피가열물의 동작 온도를 측정하는 온도 감지부과, 상기 질량 측정수단에 연결되어 상기 피가열물의 질량과 등가 비열을 측정하는 질량 측정부와, 피가열물의 동작 온도를 이용하여 피가열물의 등가비열을 측정하는 등가비열 측정부를 구비하는 측정부; 상기 목표 온도, 최대 공급 전력, 동작 온도, 질량 및 등가 비열을 이용하여 상기 전력 소스의 최대 출력시간을 연산하는 연산부; 및 상기 연산된 최대 출력시간동안 상기 가열장치로 상기 최대 공급 전력을 공급하는 전력 제어부를 포함할 수 있다.The support and the heating portion includes a mass measuring means for measuring the mass of the object to be heated therein and a temperature measuring means for measuring the temperature of the object to be heated at a position adjacent to the object to be heated. A memory unit for storing a target temperature of a heating material and a maximum supply power supplied to the heating apparatus; A temperature sensing unit connected to the temperature measuring unit to measure an operating temperature of the heated object, a mass measuring unit connected to the mass measuring unit to measure the mass and equivalent specific heat of the heated object, and an operating temperature of the heated object A measurement unit having an equivalent specific heat measurement unit for measuring an equivalent specific heat of the object to be heated; A calculator configured to calculate a maximum output time of the power source by using the target temperature, maximum supply power, operating temperature, mass, and equivalent specific heat; And a power controller configured to supply the maximum supply power to the heating device during the calculated maximum output time.

상기 연산부는 수학식The calculation unit is

최대 출력시간=질량＊등가 비열＊(목표 온도-초기 온도)／최대 공급 전력Maximum output time = mass * equivalent specific heat * (target temperature-initial temperature) / maximum supply power

에 의하여 상기 최대 출력시간을 연산할 수 있다.
The maximum output time can be calculated by.

본 발명의 일 실시예에 따른 히터시스템의 온도 제어시스템 및 이를 이용한 온도 제어방법은 기판과 같은 피가열물 처리를 위하여 승온이 필요한 경우 히터시스템의 특성에 맞도록 최대 공급 전력을 최대 출력 시간동안 공급하여 최단 시간내 피가열물이 승온되도록 할 수 있다.
The temperature control system of the heater system according to an embodiment of the present invention and the temperature control method using the same provide the maximum power supply for the maximum output time to meet the characteristics of the heater system when the temperature rise is required for processing the heated object such as a substrate Thus, the heated object can be heated in the shortest time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터시스템의 온도 제어시스템의 구성을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 지지및가열부를 서셉터에 적용한 경우의 서셉터를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터시스템의 온도 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 b)단계의 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a temperature control system of a heater system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a susceptor when the support and heating unit of FIG. 1 is applied to the susceptor.
3 is a block diagram illustrating a configuration of a controller of FIG. 1.
4 is a flowchart illustrating a temperature control method of a heater system according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flow chart showing another embodiment of step b) of FIG.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터시스템의 온도 제어시스템의 구성을 간략하게 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1의 지지및가열부를 서셉터에 적용한 경우의 서셉터를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram briefly illustrating a configuration of a temperature control system of a heater system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a susceptor when the support and heating unit of FIG. 1 is applied to a susceptor. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a controller of FIG. 1.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터시스템의 온도 제어시스템은 지지및가열부(10), 전력 소스(20) 및 제어부(30)를 포함한다. As shown in Figures 1 to 3, the temperature control system of the heater system according to an embodiment of the present invention includes a support and heating unit 10, a power source 20 and the control unit 30.

상기 지지및가열부(10)는 그 상부면에 기판과 같은 피가열물(1)이 탑재되어 피가열물(1)을 지지하고, 내부에 내장된 가열장치(140)를 통하여 피가열물(1)을 가열하여 피가열물(1)의 상부에 배치된 열처리물(미도시)을 열처리한다. 본 발명에서는 상기 지지및가열부(10)의 일 예로 본 출원인에 의하여 출원된 제10-2010-0021488호의 고효율 서셉터를 일 예로 하여 설명하기로 한다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 지지및가열부(10)은 본 출원인에 의하여 출원된 제10-2011-0118221호의 고효율 서셉터일 수도 있고, 또한 일반적으로 디스플레이, 태양광 및 반도체 제조장비에 사용되는 서셉터도 적용가능하다. 또한, 본 발명에서는 서셉터를 이용하여 그 상부에 열처리물이 탑재되는 피가열물에 열을 가하는 시스템을 히터 시스템으로 명명하기로 하고, 디스플레이, 태양광 및 반도체 제조공정중 서셉터 이외에 피가열물에 열을 가하기 위하여 필요한 일반적인 주변구성들에 대한 설명은 생략하기로 한다.The support and the heating unit 10 is mounted on the upper surface to be heated (1) such as a substrate to support the heated object (1), and the heated object (heated through the built-in heating device 140 ( 1) is heated to heat-treat the heat-treated material (not shown) disposed on the top of the heated object 1. In the present invention, as an example of the support and heating unit 10 will be described by taking an example of the high efficiency susceptor of the 10-2010-0021488 filed by the applicant. However, the present invention is not limited thereto, and the support and heating unit 10 may be a high efficiency susceptor of No. 10-2011-0118221 filed by the applicant, and is generally used for display, solar and semiconductor manufacturing equipment. Susceptors are also applicable. In addition, in the present invention, a system for applying heat to a heated material on which a heat treatment material is mounted on the upper part using a susceptor will be referred to as a heater system. In addition to the susceptor during display, solar, and semiconductor manufacturing processes, the heated object The description of the general peripheral components needed to add heat will be omitted.

상기 지지및가열부(10)는 기본적으로 그 내부에 내장되어 지지및가열부(10)의 상부에 배치된 피가열물(1)에 열을 가하는 가열장치(140)를 포함한다.The support and heating unit 10 basically includes a heating device 140 that is embedded therein and applies heat to the heated object 1 disposed above the support and heating unit 10.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지및가열부(10)가 서셉터에 적용되는 경우, 상기 지지및가열부(10)(이하, 본 실시예에서는 서셉터라 함)는 바디(120), 가열장치(140), 탄소나노튜브(150), 밀봉커버(160) 및 바디(120)를 지지하고 이를 승강시키기 위한 지지포스트(170)로 이루어진다.As shown in FIG. 2, when the support and heating unit 10 is applied to a susceptor, the support and heating unit 10 (hereinafter, referred to as a susceptor in the present embodiment) may be a body 120. It consists of a support post 170 for supporting and elevating the heating device 140, the carbon nanotubes 150, the sealing cover 160 and the body 120.

상기 바디(120)는, 상부면에 피가열물이 탑재되고 탑재된 피가열물을 가열 및 지지한다. 이러한 바디(120)는, 테두리 부분을 제외한 내부 전체에 하나로 연결된 내부공간(110)이 형성되어 있고, 그 내부공간(110)이 하측으로 개방되어 있으며, 내부공간(110)의 둘레에 결합단턱(130)이 형성되어 있다. 또한, 상기 바디(120)는, 알루미늄재로 이루어지며, 알루미늄과 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)의 혼합소재로 이루어질 수도 있다. 상기 바디(120)에는 상술한 바와 같이 내부공간(110)이 형성되어 있기 때문에 바디(10)의 전체 무게가 크게 경감된다.The body 120 is mounted on the upper surface of the heated object and heats and supports the mounted heated object. The body 120, the inner space 110 is connected to the whole inside except the edge portion is formed, the inner space 110 is open to the lower side, the coupling step (circumference of the inner space 110) 130) is formed. In addition, the body 120 is made of an aluminum material, it may be made of a mixed material of aluminum and carbon nanotubes (CNT). Since the internal space 110 is formed in the body 120 as described above, the overall weight of the body 10 is greatly reduced.

상기 가열장치(140)는, 일정한 배열을 갖도록 절곡된 형태로 이루어지며 바디(120)의 내부 공간(110)에 절곡된 부분전체가 내장된다. 즉, 이러한 가열장치(140)는, 그 전체가 사각판 형태로 절곡되어서 이루어지거나, 원판 형태로 절곡되어서 이루어지는 열선일 수 있다.The heating device 140 is formed in a shape bent to have a predetermined arrangement and the entire bent portion is built in the internal space 110 of the body 120. That is, the heating device 140 may be a heating wire formed by bending the entire shape of the rectangular plate or bent in the form of a disc.

상기 탄소나노튜브(150)는, 가열장치(140)(이하, 본 실시예에서는 열선이라 함)가 내장된 바디(120)의 내부공간(110)에 충전되고 열선(140)에서 발생된 열을 바디(120)에 전달한다. 이러한 탄소나노튜브(150)는, 알루미늄에 비해 매우 가볍고, 알루미늄보다 3배 정도의 큰 강성 및 내식성을 가지며, 특히 열전도도가 높다. 따라서 상기 바디(120)를 설정온도까지 신속하게 도달되도록 가열할 수 있다. 상기 탄소나노튜브(150)는 분말이나 반죽 또는 고형물 형태로 이루어질 수 있다.The carbon nanotubes 150 are filled in the internal space 110 of the body 120 in which the heating device 140 (hereinafter, referred to as a heating wire in the present embodiment) is filled with heat generated from the heating wire 140. Transfer to the body 120. The carbon nanotubes 150 are very light than aluminum, have three times greater rigidity and corrosion resistance than aluminum, and particularly have high thermal conductivity. Therefore, the body 120 can be heated to reach a set temperature quickly. The carbon nanotubes 150 may be formed in powder, dough, or solid form.

상기 밀봉커버(160)는, 바디(120)의 결합단턱(130)에 결합되어서 열선(140) 및 탄소나노튜브(150)를 지지하고 탄소나노튜브(150)를 내부공간(120) 내부로 가압한다.The sealing cover 160 is coupled to the coupling step 130 of the body 120 to support the heating wire 140 and the carbon nanotubes 150 and to press the carbon nanotubes 150 into the interior space 120 do.

상기 지지포스트(170)는, 밀봉커버(160)의 하부 중앙에 설치되어서 바디(120)를 지지하고 별도의 승강수단에 연결되어서 바디(120)를 승강시킨다. 또한, 상기 지지포스트(170) 에는 바디(120)의 상면에 탑재되는 피가열물(1)의 질량을 측정하는 질량측정수단(172)과 열선(140)의 온도를 측정하는 열선 온도측정수단(171)이 설치될 수 있다.The support post 170 is installed at the lower center of the sealing cover 160 to support the body 120 and is connected to a separate lifting means to elevate the body 120. In addition, the support post 170, the mass measuring means 172 for measuring the mass of the heated object 1 mounted on the upper surface of the body 120 and the hot wire temperature measuring means for measuring the temperature of the heating wire 140 ( 171 may be installed.

따라서, 상기와 같이 구성된 서셉터(10)는 바디(120)에 형성된 내부공간(110)에 열선(140)과 탄소나노튜브(150)를 설치하여 서셉터(10)의 열효율을 극대화시킬 수 있다.Therefore, the susceptor 10 configured as described above may maximize the thermal efficiency of the susceptor 10 by installing the heating wire 140 and the carbon nanotubes 150 in the inner space 110 formed in the body 120. .

상기 전력 소스(20)는 지지및가열부(10)에 내장된 가열장치(140)에 연결되어, 상기 가열장치(140)에 열이 발생되도록 전력을 공급한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지및가열부(10)가 서셉터에 적용되는 경우, 상기 전력 소스(20)는 바디(120)에 내장된 열선(140)에 연결되고, 상기 열선(140)에 열이 발생되도록 전력을 공급한다.The power source 20 is connected to a heating device 140 embedded in the support and heating unit 10 to supply power to the heating device 140 to generate heat. As shown in FIG. 2, when the support and heating unit 10 is applied to a susceptor, the power source 20 is connected to a heating wire 140 embedded in the body 120, and the heating wire 140. Power to generate heat).

상기 제어부(30)는 전력 소스(20) 및 지지및가열부(10)에 연결되어, 전력 소스(20)가 피가열물(1)이 목표 온도에 최단 시간에 도달되도록, 가열장치(140)에 최대 공급전력을 가할 수 있는 최대 출력시간을 연산하여 상기 연산된 최대 출력시간동안 전력 소스(20)로부터 가열장치 (140)로 최대 공급 전력이 공급되도록 제어하되, 피가열물(1)이 목표 온도에 도달되는 경우 전력 소스(20)를 PID 방식 제어하여 피가열물(1)의 온도를 제어한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지및가열부(10)가 서셉터에 적용되는 경우, 상기 제어부(30)는 전력 소스(20) 및 서셉터(10)에 연결되어 서셉터(10)와 피가열물(1)의 물리적인 특성에 기초하여 전력 소스(20)로부터 서셉터(10)(즉, 서셉터(10)의 내부의 열선(140))로의 전력 공급을 제어한다. 보다 구체적으로는, 상기 제어부(30)는 전력 소스(20)가 피가열물(1)이 목표 온도에 최단 시간에 도달되도록, 상기 열선(140)에 최대 공급전력을 가할 수 있는 최대 출력시간을 연산하여 상기 연산된 최대 출력시간동안 전력 소스(20)로부터 열선(140)으로 최대 공급 전력이 공급되도록 제어한다. 또한, 상기 제어부(30)는 피가열물(1)이 목표 온도에 도달되는 경우 전력 소스(20)를 PID 방식으로 제어하여 피가열물의 온도를 제어한다.The control unit 30 is connected to the power source 20 and the support and heating unit 10, so that the power source 20, the heating device 140, so that the heated object 1 reaches the target temperature in the shortest time. By calculating the maximum output time that can be applied to the maximum supply power to the control to supply the maximum supply power from the power source 20 to the heating device 140 during the calculated maximum output time, the object to be heated (1) When the temperature is reached, the power source 20 is PID controlled to control the temperature of the heated object 1. As shown in FIG. 2, when the support and heating unit 10 is applied to a susceptor, the control unit 30 is connected to the power source 20 and the susceptor 10 to connect with the susceptor 10. The power supply from the power source 20 to the susceptor 10 (ie, the heating wire 140 inside the susceptor 10) is controlled based on the physical characteristics of the object to be heated 1. More specifically, the control unit 30 has a maximum output time that the power source 20 can apply the maximum supply power to the heating wire 140 so that the heated object 1 reaches the shortest time at the target temperature. It calculates and controls to supply the maximum supply power from the power source 20 to the heating wire 140 during the calculated maximum output time. In addition, the controller 30 controls the temperature of the object to be heated by controlling the power source 20 in a PID manner when the object to be heated 1 reaches a target temperature.

이러한 동작을 구현하기 위하여 상기 제어부(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 메모리부(310), 측정부(320), 연산부(330) 및 전력 제어부(340)를 포함한다.In order to implement such an operation, as illustrated in FIG. 3, the controller 30 includes a memory 310, a measuring unit 320, an operation unit 330, and a power control unit 340.

상기 메모리부(310)는 미리 설정된 피가열물(1)의 목표 온도와 열선으로 공급되는 최대 공급 전력이 저장되어 있는 메모리 장치이다. 즉, 상기 메모리부(310)는 디스플레이, 태양광 및 반도체 제조공정 등에서 요구되는 피가열물(1)의 목표 온도값과 피가열물(1)에 공급할 수 있는 최대 공급 전력을 미리 저장하고 있다. 이러한 메모리부(310)는 미리 설정된 피가열물(1)의 목표 온도와 열선으로 공급되는 최대 공급 전력 정보를 전력 제어부(340)를 통하여 연산부(330)로 전달한다.The memory unit 310 is a memory device in which a predetermined target temperature of the heated object 1 and a maximum supply power supplied to the heating wire are stored. That is, the memory unit 310 previously stores the target temperature value of the heated object 1 and the maximum supply power that can be supplied to the heated object 1 required in a display, solar light, and semiconductor manufacturing process. The memory unit 310 transmits the predetermined target temperature of the heating target object 1 and the maximum supply power information supplied to the heating wire to the operation unit 330 through the power control unit 340.

상기 측정부(320)는 피가열물에 인접되도록 설치된 온도 측정수단(미도시)에 연결되어 피가열물의 동작 온도를 측정하는 온도 감지부(321)과, 지지 포스트에 설치된 질량 측정수단(172)에 연결되어 피가열물의 질량을 측정하는 질량 측정부(322)와, 상기 피가열물의 동작 온도를 이용하여 기존의 등가 비열법을 이용하여 피가열물의 등가 비열(Equivalent Specific Heat)을 측정하는 등가비열 측정부(323)를 구비한다. 이러한 측정부(320)는 측정된 피가열물의 동작 온도와 피가열물의 질량 및 등가 비열 정보를 전력 제어부(340)를 통하여 연산부(330)로 전달한다.The measurement unit 320 is connected to a temperature measuring means (not shown) installed to be adjacent to the heated object, and a temperature sensing unit 321 measuring the operating temperature of the heated object, and a mass measuring means 172 installed on the support post. A mass measurement unit 322 connected to the mass measuring unit 322 for measuring the mass of the heated object, and an equivalent specific heat for measuring the equivalent specific heat of the heated target object using a conventional equivalent specific heat method using an operating temperature of the heated target object. The measuring unit 323 is provided. The measurement unit 320 transmits the measured operating temperature of the heated object, the mass of the heated object, and equivalent specific heat information to the operation unit 330 through the power controller 340.

상기 연산부(330)는 목표 온도, 최대 공급 전력, 동작 온도, 질량 및 등가 비열을 이용하여 전력 소스의 최대 출력시간을 연산한다. The calculator 330 calculates the maximum output time of the power source by using the target temperature, the maximum supply power, the operating temperature, the mass, and the equivalent specific heat.

즉, 상기 연산부(330)는 아래 [수학식 1]That is, the operation unit 330 is below [Equation 1]

[수학식 1][Equation 1]

최대 출력시간(t)=질량(g)＊등가 비열(J/g*℃)＊(목표 온도(℃)-초기 온도(℃))／최대 공급 전력(w/t)Maximum Output Time (t) = Mass (g) * Equivalent Specific Heat (J / g * ° C) * (Target Temperature (° C)-Initial Temperature (° C)) / Maximum Supply Power (w / t)

에 의하여 전력 소스(20)로부터 열선(140)으로 최대 공급 전력을 출력하는 최대 출력시간을 연산한다.By calculating the maximum output time for outputting the maximum supply power from the power source 20 to the heating wire 140.

상기 전력 제어부(340)는 연산부(330)에서 연산된 최대 출력시간동안 열선(140)으로 최대 공급 전력을 공급한다. 또한, 상기 전력 제어부(340)는 별도로 열선(140)의 온도를 측정하는 열선 온도 측정수단(171)을 통하여 열선(140)의 온도가 미리 설정된 기준 온도 이하가 되도록 공급 전력을 조절하여 열선(140)을 보호할 수도 있다.The power control unit 340 supplies the maximum supply power to the heating wire 140 during the maximum output time calculated by the operation unit 330. In addition, the power control unit 340 adjusts the supply power so that the temperature of the hot wire 140 is below a preset reference temperature through the hot wire temperature measuring means 171 for separately measuring the temperature of the hot wire 140 hot wire 140 ) Can be protected.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 히터시스템의 온도 제어시스템에 의하면 피가열물 처리를 위하여 승온이 필요한 경우 히터 시스템의 특성에 맞도록 최대 공급 전력을 최대 출력 시간동안 공급하여 최단 시간내 피가열물이 승온되도록 할 수 있다.
Therefore, according to the temperature control system of the present heater system configured as described above, when the temperature is required for the treatment of the heated object, the maximum supply power is supplied for the maximum output time in accordance with the characteristics of the heater system to raise the heated object in the shortest time. You can do that.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템의 온도 제어시스템을 이용한 히터 시스템의 온도 제어방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of controlling a temperature of a heater system using a temperature control system of a heater system according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터시스템의 온도 제어방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 4의 b)단계의 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a temperature control method of a heater system according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating another exemplary embodiment of step b) of FIG. 4.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터시스템의 온도 제어방법은, 전력 소스(20)로부터 전력을 공급받은 가열장치(140)가 지지및가열부(10)의 내부에 내장되고, 가열장치(140)를 통하여 지지및가열부(10)의 상부에 위치되는 기판과 같은 피가열물(1)에 열을 가하는 히터시스템의 온도 제어방법으로서, a) 피가열물의 목표 온도와 가열장치(140)로 공급되는 최대 공급 전력을 설정하는 단계(S10); b) 피가열물의 초기 온도를 측정하는 단계(S20); c) 피가열물의 질량과 등가 비열을 측정하는 단계(S30); d) 목표 온도, 최대 공급 전력, 동작 온도, 질량 및 등가 비열을 이용하여 전력 소스의 최대 출력시간을 연산하는 단계(S40); 및 e) 연산된 최대 출력시간동안 가열장치(140)로 최대 공급 전력을 공급하는 단계(S50)를 포함한다.As shown in FIG. 4, in the method for controlling a temperature of a heater system according to another embodiment of the present invention, a heating device 140 supplied with electric power from a power source 20 is provided inside the support and heating unit 10. A method of controlling a temperature of a heater system, which is built-in and heats a heated object 1 such as a substrate located above the support and heating unit 10 through a heating device 140, the method comprising: a) a target temperature of the heated object; And setting a maximum supply power supplied to the heating apparatus 140 (S10); b) measuring an initial temperature of the object to be heated (S20); c) measuring a mass and an equivalent specific heat of the object to be heated (S30); d) calculating a maximum output time of the power source using the target temperature, the maximum supply power, the operating temperature, the mass and the equivalent specific heat (S40); And e) supplying maximum supply power to the heating device 140 during the calculated maximum output time (S50).

상기 d)단계(S40)는 상기 [수학식 1], 즉 Step d) (S40) is the above [Equation 1], that is

최대 출력시간=질량＊등가 비열＊(목표 온도-초기 온도)／최대 공급 전력Maximum output time = mass * equivalent specific heat * (target temperature-initial temperature) / maximum supply power

에 의하여 최대 출력시간을 연산할 수 있다.The maximum output time can be calculated by

상기 e)단계(S50) 이후에, 피가열물이 목표 온도에 도달하면 PID(proportional integrel derivative) 방식으로 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.After step e), the method may further include performing control by a PID (proportional integrel derivative) method when the heated object reaches a target temperature.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 b)단계(S20)는 가열장치(140)의 온도를 측정하는 과정(S210)과 상기 측정된 가열장치(140)의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 큰 경우 상기 가열장치(140)에 공급되는 전력을 낮추는 과정(S220)을 더 포함할 수 있다.
In addition, as shown in Figure 4, the step b) (S20) is a step of measuring the temperature of the heating device 140 (S210) and the temperature of the measured heating device 140 is greater than the preset reference temperature In this case, the method may further include a step (S220) of lowering the power supplied to the heating device 140.

상기와 같이 구성된 본 히터 시스템의 온도 제어방법은 기존에 히터 시스템의 온도 제어를 위해 기존 가장 일반적으로 사용되어온 비례적분미분(PID) 제어방식을 온도제어에 사용하는 경우 일반적으로 승온 속도가 느리고, 경우에 따라서는 제어가 어렵다는 문제점을 극복하기 위하여, 히터 시스템 승온시 상기 [수학식 1]로부터 구해지는 최대 출력 시간 동안 히터 시스템에 최대 공급 전력을 공급하고, 이후 히터 시스템이 목표 온도에 근접하면 일반적인 PID 제어방식으로 전환하는 방식을 사용하여, 시스템을 목표온도까지 최단시간내 승온할 수 있다.
The temperature control method of the present heater system configured as described above generally uses a proportional integral differential (PID) control method for temperature control of the heater system. In order to overcome the problem of difficult control according to the present invention, when the heater system is heated up, the maximum supply power is supplied to the heater system for the maximum output time obtained from Equation 1, and then, if the heater system approaches the target temperature, a general PID By switching to the control method, the system can be heated up to the target temperature in the shortest time.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 히터시스템의 온도 제어시스템 및 이를 이용한 온도 제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
What has been described above is only one embodiment for implementing a temperature control system and a temperature control method using the same according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, it is claimed in the claims As will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention, the technical spirit of the present invention will be described to the extent that various modifications can be made.

1: 피가열물 10: 지지및가열부
20: 전력 소스 30: 제어부
110: 내부공간 120: 바디
130: 결합단턱 140: 가열장치
150: 탄소나노튜브 160: 밀봉커버
170: 지지포스트 171: 열선 온도 측정수단
172: 질량 측정수단 310: 메모리부
320: 측정부 321: 온도 감지부
322: 질량 측정부 323: 등가비열 측정부
330: 연산부 340: 전력 제어부1: heating object 10: support and heating part
20: power source 30: control unit
110: internal space 120: body
130: coupling step 140: heating device
150: carbon nanotube 160: sealing cover
170: support post 171: hot wire temperature measuring means
172: mass measurement means 310: memory unit
320: measuring unit 321: temperature sensing unit
322: mass measurement unit 323: equivalent specific heat measurement unit
330: operation unit 340: power control unit

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 상부면에 피가열물(1)이 탑재되고 상기 탑재된 피가열물(1)을 지지 및 가열하고, 그 내부에 가열장치(140)가 내장된 지지및가열부(10);
상기 가열장치(140)에 열이 발생되도록 전력을 공급하는 전력 소스(20); 및
상기 전력 소스(20)가 상기 피가열물(1)이 목표 온도에 최단 시간에 도달되도록, 상기 가열장치(140)에 최대 공급전력을 가할 수 있는 최대 출력시간을 연산하여 상기 연산된 최대 출력시간 동안 상기 전력 소스(20)로부터 상기 가열장치 (140)로 최대 공급 전력이 공급되도록 제어하되, 상기 피가열물(1)이 상기 목표 온도에 도달되는 경우 상기 전력 소스(20)를 PID 방식 제어하여 상기 피가열물(1)의 온도를 제어하는 제어부(30)를 포함하며;
상기 지지및가열부(10)는 그 내부에 상기 피가열물(1)의 질량을 측정하는 질량 측정수단(172)과 상기 피가열물(1)에 인접되는 위치에 상기 피가열물(1)의 온도를 측정하는 온도 측정수단을 구비하고,
상기 제어부(30)는
미리 설정된 피가열물(1)의 목표 온도와 상기 가열장치(140)로 공급되는 최대 공급 전력이 저장된 메모리부(310);
상기 온도 측정수단에 연결되어 상기 피가열물(1)의 동작 온도를 측정하는 온도 감지부(321)과, 상기 질량 측정수단(172)에 연결되어 상기 피가열물(1)의 질량을 측정하는 질량 측정부(322)와, 상기 피가열물(1)의 동작 온도를 이용하여 상기 피가열물(1)의 등가 비열을 측정하는 등가비열 측정부(323)를 구비하는 측정부(320);
상기 목표 온도, 최대 공급 전력, 동작 온도, 질량 및 등가 비열을 이용하여 상기 전력 소스(20)의 최대 출력시간을 연산하는 연산부(330); 및
상기 연산된 최대 출력시간동안 상기 가열장치(140)로 상기 최대 공급 전력을 공급하는 전력 제어부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터시스템의 온도 제어시스템.A support and heating unit 10 having a heated object 1 mounted on an upper surface thereof to support and heat the mounted heated object 1, and a heating device 140 embedded therein;
A power source 20 for supplying power to heat the heating device 140; And
The calculated maximum output time is calculated by calculating the maximum output time that the power source 20 can apply the maximum supply power to the heating device 140 so that the heated object 1 reaches the shortest time at a target temperature. While the maximum supply power is controlled to be supplied to the heating device 140 from the power source 20, when the heated object 1 reaches the target temperature by controlling the power source 20 by PID method A control unit (30) for controlling the temperature of the heated object (1);
The supporting and heating portion 10 has a mass measuring means 172 for measuring the mass of the object to be heated 1 therein and the object to be heated 1 at a position adjacent to the object to be heated 1. Temperature measuring means for measuring the temperature of,
The controller 30
A memory unit 310 configured to store a predetermined target temperature of the heated object 1 and a maximum supply power supplied to the heating device 140;
A temperature sensing unit 321 connected to the temperature measuring unit to measure an operating temperature of the heated object 1 and a mass measuring unit 172 to measure the mass of the heated object 1 A measuring unit 320 having a mass measuring unit 322 and an equivalent specific heat measuring unit 323 for measuring an equivalent specific heat of the heated object 1 by using an operating temperature of the heated object 1;
A calculation unit (330) for calculating a maximum output time of the power source (20) by using the target temperature, maximum supply power, operating temperature, mass, and equivalent specific heat; And
And a power controller (340) for supplying the maximum supply power to the heating device (140) for the calculated maximum output time. 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 연산부(330)는 수학식
최대 출력시간=질량＊등가 비열＊(목표 온도-초기 온도)／최대 공급 전력
에 의하여 상기 최대 출력시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 히터시스템의 온도 제어시스템.The method of claim 5,
The operation unit 330 is an equation
Maximum output time = mass * equivalent specific heat * (target temperature-initial temperature) / maximum supply power
And calculating the maximum output time by the temperature control system of the heater system. 제5항 또는 제7항에 기재된 히터시스템의 온도 제어시스템을 이용한 히터시스템의 온도 제어방법에 있어서,
a)피가열물(1)의 목표 온도와 가열장치(140)로 공급되는 최대 공급 전력을 설정하는 단계(S10);
b)온도 감지부(321)를 통하여 상기 피가열물(1)의 초기 온도를 측정하는 단계(S20);
c)질량 측정부(322)와 등가비열 측정부(323)를 통하여 상기 피가열물(1)의 질량과 등가 비열을 측정하는 단계(S30);
d)연산부(330)를 통하여 상기 목표 온도, 최대 공급 전력, 동작 온도, 질량 및 등가 비열을 이용하여 상기 전력 소스(20)의 최대 출력시간을 연산하는 단계(S40); 및
e)전력 제어부(340)를 통하여 상기 연산된 최대 출력시간동안 상기 가열장치(140)로 상기 최대 공급 전력을 공급하는 단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터시스템의 온도 제어방법.In the temperature control method of the heater system using the temperature control system of the heater system of Claim 5 or 7,
a) setting a target temperature of the heated object 1 and a maximum supply power supplied to the heating device 140 (S10);
b) measuring the initial temperature of the heated object (1) through a temperature sensor (321) (S20);
c) measuring a mass and an equivalent specific heat of the object to be heated 1 through a mass measuring unit 322 and an equivalent specific heat measuring unit 323 (S30);
d) calculating a maximum output time of the power source 20 using the target temperature, the maximum supply power, the operating temperature, the mass and the equivalent specific heat through the calculation unit 330 (S40); And
e) supplying the maximum supply power to the heating device (140) for the calculated maximum output time through a power control unit (340). 제8항에 있어서,
상기 d)단계(S40)는 수학식
최대 출력시간=질량*등가 비열*(목표 온도-초기 온도)/최대 공급 전력
에 의하여 상기 최대 출력시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 히터시스템의 온도 제어방법.9. The method of claim 8,
Step d) (S40) is the equation
Maximum output time = mass * equivalent specific heat * (target temperature-initial temperature) / maximum supply power
Calculating the maximum output time by the temperature control method of the heater system. 제8항에 있어서,
상기 b)단계(S20)는 b-1)상기 가열장치(140)의 온도를 측정하는 과정(S210)과 b-2)상기 측정된 가열장치(140)의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 큰 경우 상기 가열장치(140)에 공급되는 전력을 낮추는 과정(S220)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터시스템의 온도 제어방법.9. The method of claim 8,
The b) step (S20) is b-1) measuring the temperature of the heating device (S210) and b-2) when the temperature of the measured heating device 140 is greater than a preset reference temperature The method of controlling the temperature of the heater system further comprises a step (S220) of lowering the power supplied to the heating device (140). 제8항에 있어서,
상기 e)단계(S50) 이후에, f)상기 전력 제어부(340)를 통하여 상기 피가열물(1)이 상기 목표 온도에 도달하면 PID(proportional integrel derivative) 방식 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터시스템의 온도 제어방법.9. The method of claim 8,
After the step S50, f) performing the control of the proportional integrel derivative (PID) method when the heated object 1 reaches the target temperature through the power control unit 340. Temperature control method of the heater system, characterized in that.
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