KR102373639B1 - 히터 및 히터 시스템 - Google Patents

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Abstract

히터는 기체, 제1저항 발열체 및 복수의 제2저항 발열체를 갖고 있다. 기체는 제1면 및 제1면에 대향하는 제2면을 갖고 있는 절연성의 부재이다. 제1저항 발열체는 기체의 내부 또는 표면 상에서 제1면을 따라 연장되어 있다. 제2저항 발열체는 제1저항 발열체에 대해서 제1면측 또는 제2면측에 위치하고 있고, 기체의 내부 또는 표면 상에서 제1면을 따라 연장되어 있다.

Description

히터 및 히터 시스템
본 개시는 히터 및 히터 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 장치 등의 기술분야에 있어서는 반도체 기판(이하 「웨이퍼」라고도 칭한다.)을 가열하기 위해서, 세라믹 히터(이하, 단지 「히터」라고 하는 일이 있다.)가 널리 사용되고 있다. 히터는 예를 들면 상면에 웨이퍼가 적재되는 원반형상의 세라믹 기재와, 상기 세라믹 기재에 매설되어 있고, 세라믹 기재의 상면을 따라 적당한 패턴(예를 들면 소용돌이형상)으로 연장되어 있는 저항 발열체를 갖고 있다.
특허문헌 1 및 2에서는 2개의 저항 발열체를 계층적으로 설치한 히터가 개시되어 있다. 바꿔 말하면, 세라믹 기재의 두께 방향에 있어서의 서로 다른 위치에 2개의 저항 발열체를 갖는 히터가 개시되어 있다. 특허문헌 3 및 4에서는 세라믹 기재의 두께 방향에 있어서의 서로 동일한 위치에 복수의 저항 발열체를 갖는 히터가 개시되어 있다. 특허문헌 5에서는 1개의 저항 발열체의 전체에 제1전력을 공급함과 아울러, 상기 저항 발열체의 일부에 제1전력에 중첩해서 제2전력을 공급하는 히터가 개시되어 있다.
일본 특허공개 평 5-326112호 공보 일본 특허공개 평 9-270454호 공보 일본 특허공개 2001-135460호 공보 일본 특허공개 2005-166451호 공보 국제공개 제2017/188189호
본 개시의 일양태에 따른 히터는 기체와, 제1저항 발열체와, 제2저항 발열체를 갖고 있다. 상기 기체는 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 갖고 있는 절연성의 부재이다. 상기 제1저항 발열체는 상기 기체의 내부 또는 표면 상에서 상기 제1면을 따라 연장되어 있다. 상기 제2저항 발열체는 상기 제1저항 발열체에 대해서 상기 제1면측 또는 상기 제2면측에 위치하고 있고, 상기 기체의 내부 또는 표면 상에서 상기 제1면을 따라 연장되어 있다.
본 개시의 일양태에 따른 히터 시스템은 상기 히터와, 상기 제1저항 발열체에 전력을 공급하는 제1구동부와, 상기 복수의 제2저항 발열체에 개별적으로 전력을 공급하는 제2구동부를 갖고 있다.
도 1은 실시형태에 따른 히터 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 히터 시스템의 히터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 히터의 내부를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선에 있어서의 단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 도 1의 히터 시스템에 있어서의 온도 제어의 예를 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 1의 히터 시스템에 있어서의 신호처리계의 구성을 기능적 관점으로부터 나타내는 블럭도이다.
도 7은 도 6의 신호처리계의 전력 공급에 따른 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 6의 신호처리계의 온도 계측에 따른 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 9는 도 6의 신호처리계의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 10은 제2실시형태의 히터 시스템의 요부 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11은 도 10의 히터 시스템의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 12는 제3실시형태의 히터 시스템의 요부 구성을 나타내는 회로도이다.
도 13(a) 및 도 13(b)는 도 12의 히터 시스템의 동작을 나타내는 개념도 및 타이밍 차트이다.
도 14(a) 및 도 14(b)는 여러가지 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 15(a)는 본 개시의 히터 시스템을 적용한 응용예를 나타내는 도면이며, 도 15(b)는 도 15(a)에 있어서의 응용예의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시의 실시형태에 따른 히터 및 히터 시스템에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 이하에서 참조하는 각 도면은 설명의 편의상의 모식적인 것이다. 따라서, 세부는 생략되어 있는 것이 있고, 또한 치수비율은 반드시 현실의 것과는 일치하지 않는다. 또한 히터 및 히터 시스템은 각 도면에 나타내지 않는 주지의 구성 부재를 더 구비하고 있어도 상관없다.
또한 제2실시형태 이후에 있어서는 앞서 설명된 실시형태의 구성과 동일한 구성에 대해서, 앞서 설명된 실시형태의 구성에 붙여진 부호와 동일한 부호를 붙이고, 또한 설명을 생략하는 일이 있다. 앞서 설명된 실시형태의 구성에 대응하는(유사한) 구성에 대해서, 앞서 설명된 실시형태의 구성에 붙인 부호와는 다른 부호를 붙인 경우에 있어서도, 특별히 기재하지 않는 사항에 대해서는 앞서 설명된 실시형태의 구성과 동일하게 되어도 좋다.
<제1실시형태>
(히터 시스템)
도 1은 실시형태에 따른 히터 시스템(100)의 구성을 나타내는 개략도이다.
히터 시스템(100)은 히터(10)와, 히터(10)를 구동하는 구동 장치(50)를 갖고 있다. 이하, 이들에 대해서 순차적으로 설명한다.
또, 히터(10)는 반드시 도 1의 지면 상방을 실제의 상방으로 해서 이용될 필요는 없다. 이하에서는 편의상, 도 1의 지면 상방이 실제의 상방인 것으로 해서 상면 및 하면 등의 용어를 사용하는 일이 있다. 또, 예를 들면 상면이 제1면이며, 하면이 제2면이다.
(히터)
히터(10)는 예를 들면 개략 판형상(도시의 예에서는 원반형상)의 히터 본체(10a)와, 히터 본체(10a)로부터 하방으로 연장되어 있는 파이프(10b)를 갖고 있다.
히터 본체(10a)는 그 상면(10c)에 가열 대상물의 일례로서의 웨이퍼가 적재되고, 웨이퍼의 가열에 직접적으로 기여하는 부분이다. 파이프(10b)는 예를 들면 히터 본체(10a)의 지지, 및/또는 히터 본체(10a)에 접속되는 케이블(도시생략)의 보호에 기여하는 부분이다. 또, 파이프(10b)를 제외한 히터 본체(10a)에만 의해 히터가 정의되어도 좋다.
히터 본체(10a)의 상면(10c) 및 하면(부호생략)은 예를 들면 대략 평면이다. 히터 본체(10a)의 평면형상 및 각종 치수는 가열 대상물의 형상 및 치수 등을 고려해서 적당하게 설정되어도 좋다. 예를 들면 평면형상은 원형(도시의 예) 또는 직사각형이다. 치수의 일례를 나타내면, 직경은 20cm 이상 35cm 이하, 두께는 5mm 이상 30mm 이하이다.
파이프(10b)는 상하(축방향 양측)가 개구되어 있는 중공부재이다(도 2도 참조). 그 횡단면(축방향에 직교하는 단면) 및 종단면(축방향에 평행한 단면)의 형상은 적당하게 설정되어도 좋다. 또한 파이프(10b)의 치수는 적당하게 설정되어도 좋다.
평면 투시에 있어서, 히터 본체(10a) 중 파이프(10b)의 내연에 의해 규정되는 영역은 후술하는 복수의 단자(5)(도 2 참조)가 배치되는 단자 배치 영역(10d)(도 3 참조)으로 되어 있다. 복수의 단자(5)는 히터 본체(10a)의 하면으로부터 히터 본체(10a)의 외부로 노출되어 있다.
파이프(10b) 내에는 도시생략된 복수의 케이블이 삽입통과된다. 복수의 케이블은 일단이 복수의 단자(5)에 접속되고, 타단이 구동 장치(50)에 접속된다. 이것에 의해 히터 본체(10a)와 구동 장치(50)가 전기적으로 접속된다.
(히터 본체의 내부 구조)
도 2는 히터(10)의 분해 사시도이다. 또, 완성 후의 히터(10) 또는 히터 본체(10a)는 예를 들면 분해 불가능하게 일체적으로 형성되어 있다. 즉, 도 2의 분해 사시도와 같이 분해 가능할 필요는 없다.
히터 본체(10a)는 절연성의 기체(1)(부호는 도 1 참조. 도 2에서는 1a, 1b, 1c 및 1d로 이루어진다)와, 기체(1)에 매설되어 있는 저항 발열체(2A, 2Ba, 2Bb, 2Bc 및 2Bd. 이들을 구별하지 않고, 단지 「저항 발열체(2)」라고 하는 일이 있다.)와, 저항 발열체(2)에 전력을 공급하기 위한 각종 도체를 구비하고 있다. 각종 도체는 예를 들면 접속 도체(3), 배선(4) 및 단자(5)이다. 저항 발열체(2)에 전류가 흐름으로써, 줄의 법칙에 따라 열이 발생하고, 나아가서는 기체(1)의 상면(10c)에 적재되어 있는 웨이퍼가 가열된다.
(기체)
기체(1)의 외형은 히터 본체(10a)의 외형을 구성하고 있다. 따라서, 상술의 히터 본체(10a)의 형상 및 치수에 따른 설명은 그대로 기체(1)의 외형 및 치수의 설명이라고 파악되어도 좋다.
기체(1)의 재료는 예를 들면 세라믹스이다. 따라서, 히터(10)는 소위 세라믹 히터이다. 세라믹스는 예를 들면 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 탄화규소(SiC) 및 질화규소(Si3N4) 등을 주성분으로 하는 소결체이다. 또, 질화알루미늄을 주성분으로 하는 질화알루미늄질 세라믹스는 예를 들면 내식성이 우수하다. 따라서, 기체(1)를 질화알루미늄질 세라믹스에 의해 구성한 경우, 예를 들면 부식성이 높은 가스 분위기 하에서의 사용에 유리하다.
도 2에서는 기체(1)는 제1세라믹층(1a)∼제4세라믹층(1d)으로 이루어진다. 또, 기체(1)는 제1세라믹층(1a)∼제4세라믹층(1d)이 되는 재료(예를 들면 세라믹 그린시트)가 적층되어서 제작되어도 좋다. 또한 기체(1)는 그러한 방법과는 다른 방법에 의해 제작되고, 완성 후에 저항 발열체(2) 등의 존재에 의해 개념적으로 제1세라믹층(1a)∼제4세라믹층(1d)으로 이루어진다고 파악할 수 있을 뿐이어도 좋다.
제1세라믹층(1a), 제2세라믹층(1b), 제3세라믹층(1c) 및 제4세라믹층(1d)은 이 열거순으로 상방으로부터 적층되어 있다. 그리고, 제1세라믹층(1a)은 히터 본체(10a)의 상면(10c)을 구성하고 있다. 제4세라믹층(1d)은 히터 본체(10a)의 하면을 구성하고 있다. 제1세라믹층(1a)∼제4세라믹층(1d)은 예를 들면 각각, 대략 일정한 두께의 층상(판상)이며, 그 평면형상은 상술한 히터 본체(10a)(기체(1)) 전체로서의 평면형상과 동일하다. 각 층의 두께는 각 층의 역할에 따라 적당하게 설정되어도 좋다.
(저항 발열체)
히터(10)는 저항 발열체(2)로서 1개의 제1저항 발열체(2A)와, 복수(도시의 예에서는 4개)의 제2저항 발열체(2Ba, 2Bb, 2Bc 및 2Bd)(본 실시형태에서는 서로 연결되어 있다)를 갖고 있다. 또, 이하에서는 제2저항 발열체(2Ba∼2Bd)를 구별하지 않고, 단지 「제2저항 발열체(2B)」라고 하는 일이 있다.
제1저항 발열체(2A)는 제1세라믹층(1a)과 제2세라믹층(1b) 사이에 위치하는 도체 패턴에 의해 구성되어 있다. 복수의 제2저항 발열체(2B)는 제2세라믹층(1b)과 제3세라믹층(1c) 사이에 위치하는 도체 패턴에 의해 구성되어 있다. 즉, 복수의 제2저항 발열체(2B)는 제1저항 발열체(2A)에 대해서 히터(10)의 하면측에 위치하고 있다.
각 저항 발열체(2)는 기체(1)의 상면(10c)을 따라 (평행하게) 연장되어 있고, 일반적으로 말하면 선형상이다. 그 연장되는 경로(저항 발열체(2)의 패턴. 평면에서 볼 때에 있어서의 저항 발열체(2)의 형상)는 소용돌이형상 또는 미앤더형상 등의 적당한 것으로 되어도 좋다. 본 개시에 있어서 도시하는 패턴은 일례에 지나지 않는다.
각 저항 발열체(2)가 퍼지는 점유 영역을, 예를 들면 그 저항 발열체(2)를 포함하는 최소의 볼록 다각형에 의해 정의한다. 이 때, 평면 투시에 있어서, 제1저항 발열체(2A)의 점유 영역과, 각 제2저항 발열체(2B)의 점유 영역은 예를 들면 적어도 일부끼리가 서로 겹쳐져 있다. 나아가서는 제1저항 발열체(2A)의 점유 영역과, 복수의 제2저항 발열체(2B)의 전체의 점유 영역은 적어도 일부끼리가 서로 겹쳐져 있다. 예를 들면 제1저항 발열체(2A)의 점유 영역과, 복수의 제2저항 발열체(2B)의 전체의 점유 영역은 각각의 8할 이상이 서로 겹쳐져 있다. 또, 복수의 제2저항 발열체(2B)의 전체의 점유 영역은 각 제2저항 발열체(2B)의 점유 영역의 합계이어도 좋고, 복수의 제2저항 발열체(2B) 전체를 포함하는 최소의 볼록 다각형이어도 좋다. 또한 제1저항 발열체(2A)의 점유 영역은 예를 들면 상면(10c)(단, 웨이퍼를 적재 가능한 영역에 한정된다.)의 8할 이상을 차지하고 있다.
또한 제1저항 발열체(2A)의 패턴과, 복수의 제2저항 발열체(2B)의 전체의 패턴은 서로 동일해도 좋고, 서로 달라도 좋다. 또한 양 패턴이 서로 동일한 경우에 있어서, 양 패턴은 평면 투시에 있어서 서로 겹쳐져 있어도 좋고, 서로 어긋나 있어도 좋다. 또, 여기에서 말하는 겹쳐짐은 상기 점유 영역의 겹쳐짐보다 협의의 겹쳐짐(저항 발열체(2) 자체가 겹치는 상태)이다.
본 실시형태의 설명에서는 양 패턴이 서로 동일하며, 또한 서로 겹치는 형태를 예로 든다. 단, 양 패턴이 서로 동일이라고 해도, 예를 들면 양 패턴에 따로따로 전력을 공급하는 복수의 도체(3, 4 및/또는 5)가 서로 간섭하지 않도록, 일부에 있어서 양 패턴은 다르다.
저항 발열체(2)의 재료는 전류가 흐름으로써 열을 발생하는 도체(예를 들면 금속)이다. 도체는 적당하게 선택되어도 좋고, 예를 들면 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt) 또는 인듐(In) 또는 이들을 주성분으로 하는 합금이다. 또한 저항 발열체(2)의 재료는 상기와 같은 금속을 포함하는 도전 페이스트를 소성해서 얻어지는 것이어도 좋다. 즉, 저항 발열체(2)의 재료는 유리 분말 및/또는 세라믹 분말 등의 첨가제(다른 관점에서는 무기 절연물)를 포함하는 것이어도 좋다.
본 실시형태에서는 후술하는 바와 같이, 저항 발열체(2)의 전부 또는 일부는 온도를 검출하는 센서 소자(서미스터)로서 겸용된다. 저항 발열체(2)의 재료로서 텅스텐 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 합금을 사용한 경우, 예를 들면 텅스텐은 저항 온도 계수가 비교적 높은 점에서 온도의 검출 정밀도가 향상된다.
(복수의 제2저항 발열체의 구체적인 패턴)
도 3은 제3세라믹층(1c)의 상면을 나타내는 평면도이다.
복수의 제2저항 발열체(2B)는 일련의 제3저항 발열체(2C)가 실질적으로 분할됨으로써 구성되어 있다. 구체적으로는 제3저항 발열체(2C)는 그 양단과, 1개 이상(도시의 예에서는 3개)의 중도위치가 제3저항 발열체(2C)에 전력을 공급하기 위한 제1급전부(P1)∼제5급전부(P5)(이하, 단지 「급전부(P)」라고 하는 일이 있다.)로 되어 있다. 이것에 의해 일련의 제3저항 발열체(2C)의 복수 부위(복수의 제2저항 발열체(2B))에 대해서 서로 독립적으로 전류를 흐르게 할 수 있도록 되어 있다.
또, 가장 양측의 급전부(P)(P1 및 P5)는 제3저항 발열체(2C)의 양단으로부터 어긋나 있어도 좋다. 또한 그러한 어긋남의 유무에 상관없이 제1급전부(P1)와 제5급전부(P5) 사이의 부분에 대해서 일련의 제3저항 발열체(2C)의 단어를 사용하도록 용어의 정의를 해도 좋다. 이하의 설명에서는 편의상, 제3저항 발열체(2C)의 양단과 가장 양측의 급전부(P)는 동의인 것으로 한다.
또한 제3저항 발열체(2C)는 급전부(P)에 있어서 특별한 구성(예를 들면 패드형상으로 되어 있는 등)을 갖고 있을 필요는 없고, 저항 발열체(2)의 대부분과 동일한 구성이어도 좋다. 도 2 및 도 3에서는 급전부(P)의 위치를 명백하게 하는 편의상, 제3세라믹층(1c)을 관통하는 관통 도체를 급전부(P)의 위치에서 도시하고 있다. 이 관통 도체는 후술하는 바와 같이, 접속 도체(3) 또는 단자(5)를 구성하는 것이다. 또, 제3저항 발열체(2C)는 급전부(P)에 있어서 특별한 구성을 갖고 있어도 좋다.
제3저항 발열체(2C)는 예를 들면 그 일단(제1급전부(P1))부터 타단(제5급전부(P5))까지 자기에 대해서 교차하지 않고 연장되어 있다. 그 경로의 위치 및 형상은 적당하게 설정되어도 좋다. 예를 들면 제3저항 발열체(2C)의 양단은 상술한 단자 배치 영역(10d)에 포함되어 있다.
또한 예를 들면 제3저항 발열체(2C)는 평면에서 볼 때에 있어서 기체(1)를 둘레 방향으로 분할한 제1영역(Ar1)∼제4영역(Ar4)(도시의 예에서는 부채형의 영역. 이하, 단지 영역(Ar)이라고 하는 일이 있다.)을 순차적으로 연장하고 있다. 그리고, 복수의 제2저항 발열체(2Ba∼2Bd)는 순차적으로 제1영역(Ar1)∼제4영역(Ar4)에 포함되어 있다. 도시의 예에서는 기체(1)의 분할수는 4이며, 또한 기체(1)는 균등하게 분할되어 있다.
또, 복수의 영역(Ar)(다른 관점에서는 복수의 제2저항 발열체(2B)의 점유 영역)의 분할수, 분할 방향, 분할 위치 및 대소관계는 상기 이외에도 적당하게 설정되어도 좋다. 예를 들면 도시의 예와 같은 둘레 방향의 분할 대신에, 또는 추가해서 반경 방향에 있어서 분할이 이루어지거나, 불균등하게 분할이 이루어지거나 해도 좋다. 또한 분할수는 4보다 적어도 좋고, 많아도 좋다.
각 영역(Ar) 각각에 있어서의 제2저항 발열체(2B)의 경로도 적당하게 설정되어도 좋다. 도시의 예에서는 제2저항 발열체(2B)는 각 영역(Ar)에 있어서, 개략 사행하도록(미앤더형상으로) 연장되어 있다. 또한 제2저항 발열체(2B)는 상기와 같이 사행한 부분에 추가해서, 기체(1)의 외연을 따라 연장되는 부분을 갖고 있다.
(제1저항 발열체의 구체적인 패턴)
기술한 바와 같이, 본 실시형태의 설명에서는 제1저항 발열체(2A)의 패턴과 복수의 제2저항 발열체(2B)의 전체의 패턴이 동일한 경우를 예로 든다. 따라서, 상기 제3저항 발열체(2C)의 패턴에 대한 설명은 제1저항 발열체(2A)에 적용되어도 좋다. 단, 제1저항 발열체(2A)는 양단만이 급전부(P)로 되어 있다.
(접속 도체, 배선 및 단자)
도 4는 도 3의 IV-IV선에 있어서의 단면도이다.
도 2∼도 4에 나타내는 접속 도체(3), 배선(4) 및 단자(5)는 저항 발열체(2)에 전력을 공급하기 위한 것이며, 기체(1)에 설치되어 있다. 배선(4)은 예를 들면 제1저항 발열체(2A) 및 복수의 제2저항 발열체(2B)에 대해서 하층에 위치하는 계층배선으로 되어 있고, 복수의 급전부(P) 중 어느 하나와 복수의 단자(5) 중 어느 하나를 접속하고 있다. 접속 도체(3)는 배선(4)과 급전부(P) 사이에 개재해서 이들의 접속에 기여하고 있다. 이러한 계층배선이 형성됨으로써, 예를 들면 저항 발열체(2)의 임의의 위치(급전부)와, 임의의 위치에 배치된 단자(5)를 접속하는 것이 가능하게 되어 있다.
보다 구체적으로는 예를 들면 단자(5)는 이미 서술한 바와 같이, 기체(1)의 평면에서 볼 때에 있어서의 중앙측의 영역의 일부인 단자 배치 영역(10d)(도 3)에 있어서, 기체(1)의 하면으로부터 기체(1)의 외부로 노출되어 있다. 그리고, 예를 들면 급전부(P) 중, 단자 배치 영역(10d)의 외측에 위치하는 것(본 실시형태에서는 P2 및 P4)은 접속 도체(3) 및 배선(4)을 통해 단자(5)에 접속되어 있다. 한편, 단자 배치 영역(10d)에 위치하는 급전부(P)는 예를 들면 배선(4)을 통하지 않고 단자(5)에 직접적으로 접속되어 있다.
접속 도체(3)는 예를 들면 기체(1)의 일부(도시의 예에서는 제3세라믹층(1c))를 관통하는 관통 도체를 포함하고 있다. 그리고, 급전부(P)의 바로 아래에 위치함으로써, 급전부(P)에 접속되어 있다. 또, 특별히 도시하지 않지만, 접속 도체(3)는 저항 발열체(2)가 연장하는 방향으로 저항 발열체(2)의 경로를 따라 배열된 복수의 관통 도체로 분할되어 있어도 좋다. 이렇게 함으로써, 예를 들면 접속 도체(3)와 저항 발열체(2)의 도통면적을 크게 하면서, 접속 도체(3)의, 저항 발열체(2)의 폭방향에 있어서의 크기를 작게 할 수 있다.
배선(4)은 예를 들면 제3세라믹층(1c)과 제4세라믹층(1d) 사이에 위치하는 도체 패턴에 의해 구성되어 있다. 즉, 배선(4)은 기체(1)에 매설되어 있다. 배선(4)의 치수 및 형상은 적당하게 설정되어도 좋다. 도시의 예에서는 배선(4)은 개략, 기체(1)의 반경 방향에 있어서 직선형상으로 일정한 폭으로 연장되어 있다.
복수의 단자(5) 중 배선(4)에 접속되는 것은 예를 들면 제4세라믹층(1d)을 관통하는 관통 도체에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이 단자(5)는 배선(4)의 접속 도체(3)와는 반대측의 대략 단부에 있어서 배선(4)의 바로 아래에 위치함으로써, 배선(4)에 접속되어 있다.
복수의 단자(5) 중 배선(4)을 통하지 않고 제2저항 발열체(2B)에 직접적으로 접속되는 것은 예를 들면 제3세라믹층(1c) 및 제4세라믹층(1d)을 관통하는 관통 도체에 의해 구성되어 있다. 또한 제1저항 발열체(2A)에 접속되는 단자(5)는 예를 들면 제2세라믹층(1b)∼제4세라믹층(1d)을 관통하는 관통 도체에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이들 단자(5)는 저항 발열체(2)의 바로 아래에 위치함으로써, 급전부에 접속되어 있다. 또, 상기 단자(5)에 있어서, 제2세라믹층(1b) 및/또는 제3세라믹층(1c)을 관통하는 부분의 재료 및/또는 형상은 저항 발열체(2)와 배선(4) 사이에 위치하는 접속 도체(3)와 동일하게 되어도 좋다.
접속 도체(3), 배선(4) 및 단자(5)의 재료는 적당한 도체(예를 들면 금속)로 되어도 좋다. 예를 들면 이들 재료는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 백금(Pt), 인듐(In) 또는 이들을 주성분으로 하는 합금이다. 또한 접속 도체(3), 배선(4) 및 단자(5)의 재료는 상기와 같은 금속을 포함하는 도전 페이스트를 소성해서 얻어지는 것이어도 좋다. 즉, 이들 도체의 재료는 유리 분말 및/또는 세라믹 분말을 포함하는 것이어도 좋다. 또한 이들 재료는 저항 발열체(2)의 재료와 동일한 재료이어도 좋고, 다른 재료이어도 좋다.
관통 도체(접속 도체(3) 및 단자(5))와 층상 패턴(저항 발열체(2) 및 배선(4))의 접속부에 있어서는 재료 또는 제조 공정 등의 관점으로부터 볼 때 층상 패턴의 상면 또는 하면에 관통 도체가 접속되어 있어도 좋고, 관통 도체의 주위에 층상 패턴이 접속되어 있어도 좋고, 그러한 구별이 불가능해도 좋다. 본 실시형태의 설명에 있어서는 편의상, 어느 경우나 저항 발열체(2) 및 배선(4)의 상면 또는 하면에 접속 도체(3) 및/또는 단자(5)가 접속되어 있다고 개념적으로 파악해서 설명한다.
(구동 장치)
도 1에 나타낸 구동 장치(50)는 예를 들면 전원회로 및 컴퓨터 등을 포함해서 구성되어 있고, 상용 전원으로부터의 전력을 적당한 전압의 교류전력 및/또는 직류전력으로 변환해서 히터(10)(복수의 단자(5))에 공급한다. 컴퓨터는 예를 들면IC(Integrated Circuit) 및/또는 퍼스널 컴퓨터(PC)에 의해 구성되어 있다. 또한 컴퓨터는 예를 들면 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 및 외부 기억 장치를 구비하고 있고, CPU가 ROM 등에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써, 제어부 등의 각종 기능부가 구성된다. 또, 소정의 연산 처리를 행하는 회로를 조합해서 제어부 등을 구성해도 좋다. 구동 장치(50)가 행하는 처리는 디지털 처리이어도 좋고, 아날로그 처리이어도 좋다.
(제어 방법)
히터 시스템(100)에 있어서의 제어 방법의 개요를 설명한다.
히터(10)는 제1저항 발열체(2A)와, 제1저항 발열체(2A)에 대해서 적층적으로 배치된 복수의 제2저항 발열체(2B)를 갖고 있기 때문에, 양자가 발생하는 열량의 합계에 의해 상면(10c)을 가열할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제1저항 발열체(2A)와, 복수의 제2저항 발열체(2B) 사이의 역할분담은 적당하게 설정되어도 좋다.
예를 들면 히터 본체(10a)가 발생하는 열량의 대부분을 제1저항 발열체(2A)에 의해 실현하면서, 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의해, 히터 본체(10a)의 영역(Ar)마다 온도 제어를 행해도 좋다. 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의한 국소적인 온도 제어는 예를 들면 히터 본체(10a)에 있어서의 온도분포를 균일화하거나, 반대로, 히터 본체(10a)에 소망의 온도구배를 생기게 하거나 하는 것에 이용되어도 좋다. 또, 이하에서는 온도분포를 균일화하는 경우를 예로 든다.
도 5(a)는 상기와 같은 히터 시스템(100)의 제어 방법의 개요를 나타내는 개념도이다.
도 5(a) 내의 3개의 그래프에 있어서, 가로축은 제1영역(Ar1)∼제4영역(Ar4)을 나타내고 있다. 세로축은 상면(10c)의 온도(tp)(℃)、또는 온도(tp)의 상승량에 상당하는 열량을 나타내고 있다. 또, 편의상, 본 개시의 설명에서는 온도(tp)의 상승량에 상당하는 열량도 온도(tp)에 의해 설명하는(표현의 엄밀성은 무시한다) 일이 있다.
도 5(a)의 상단 좌측의 그래프에 있어서, 선(L1)은 제1저항 발열체(2A)에 의해 실현되는 온도를 나타내고 있다. 도 5(a)의 상단 우측의 그래프에 있어서, 선(L2)은 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의해 실현되는 온도 상승량을 나타내고 있다. 도 5(a)의 하단의 그래프에 있어서, 선(L3)은 제1저항 발열체(2A) 및 복수의 제2저항 발열체(2B)의 쌍방에 의해 실현되는 온도를 나타내고 있다.
상면(10c)의 목표온도를 tp0으로 한다. 도 5(a)의 상단 좌측의 그래프에 나타내듯이, 제1저항 발열체(2A)는 예를 들면 상면(10c)의 온도를 대략 목표온도(tp0)까지 상승시키는 열량을 발생하는 것에 이용된다. 단, 히터(10)의 제조 오차 또는 히터(10)의 사용 환경 등의 여러가지 사정에 의해, 복수의 영역(Ar)의 온도는 서로 동일하게는 되지 않고 불규칙적이다. 그래서, 제1저항 발열체(2A)에는 예를 들면 복수의 영역(Ar) 중 가장 온도가 높은 영역(도시의 예에서는 제2영역(Ar2))의 검출온도가 목표온도(tp0)에 도달하는 크기의 전력이 공급된다.
한편, 각 제2저항 발열체(2B)는 자기에 대응하는 영역(Ar)의 검출온도가 목표온도(tp0)에 수속하도록 전력이 공급된다. 별도의 관점에서는 도 5(a)의 상단 우측의 그래프에 의해 나타내듯이, 각 제2저항 발열체(2B)는 자기에 대응하는 영역(Ar)에 있어서, 목표온도(tp0)와, 제1저항 발열체(2A)에 의해 실현되는 온도의 온도차에 상당하는 열량을 발생하도록 전력이 공급된다.
그 결과, 도 5(a)의 하단의 그래프에 나타내듯이, 모든 영역(Ar)의 온도는 목표온도(tp0)에 수속해 간다. 즉, 상면(10c)의 온도분포의 편차가 저감된다.
제1저항 발열체(2A)는 목표온도(tp0)보다 낮은 가목표온도(여기에서는 도시생략. 도 13(a)의 tp1을 참조)를 실현하는 열량을 발생하도록 전력이 공급되어도 좋다. 가목표온도는 예를 들면 제1저항 발열체(2A)에 의한 온도분포의 편차의 최대값 이상의 차로, 목표온도(tp0)보다 낮게 된다. 제1저항 발열체(2A)는 예를 들면 목표온도(tp0)와 가목표온도의 온도차를 검출온도로부터 뺀 온도가 가목표온도에 수속하도록 제어된다. 이 때의 검출온도로서는 가장 온도가 높은 영역(Ar)의 온도 대신에, 상면(10c)의 평균 온도를 사용해도 좋다.
한편, 각 제2저항 발열체(2B)는 상기와 마찬가지로, 자기에 대응하는 영역(Ar)의 검출온도가 목표온도(tp0)에 수속하도록 전력이 공급된다. 이것에 의해 제2저항 발열체(2B)는 가목표온도로부터 이것보다 높은 목표온도(tp0)까지 영역(Ar)의 온도를 상승시키기 위한 열량을 발생한다.
제1저항 발열체(2A)에 의해, 가장 온도가 높은 영역(Ar)의 검출온도를 목표온도(tp0)에 수속시킬 경우, 목표온도(tp0)에 대해서 제1저항 발열체(2A)에 의한 온도분포의 편차가 비현실적으로 크지 않은 한, 모든 영역(Ar)의 온도는 목표온도(tp0)에 가까워진다. 즉, 복수의 제2저항 발열체(2B)의 어느 발열량이나 작아진다. 따라서, 제1저항 발열체(2A)에 공급되는 전력은 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급되는 전력의 합계보다 커진다.
또한 목표온도(tp0)보다 낮은 가목표온도를 실현하는 열량을 제1저항 발열체(2A)에 의해 발생할 경우, 가목표온도의 설정에 의해, 제1저항 발열체(2A)에 공급되는 전력과, 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급되는 전력의 합계의 상대 관계를 적당하게 설정할 수 있다. 단, 이 경우도, 예를 들면 제1저항 발열체(2A)에 공급되는 전력이 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급되는 전력의 합계보다 커지도록 가목표온도가 설정된다.
예를 들면 가목표온도는 기준온도로부터의 상승량이 상기 기준온도로부터 목표온도(tp0)(℃)까지의 상승량의 50% 이상 또는 90% 이상이다. 기준온도는 예를 들면 상온(예를 들면 일본 공업 규격이 정의하는 상온 20℃±15℃의 중앙값인 20°로 한다.)이다. 일례로서, 목표온도(tp0)는 650℃이며, 가목표온도는 620℃이다.
도 5(b)는 온도의 피드백 제어의 응답성에 대해서, 제1저항 발열체(2A)에 의한 제어와, 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의한 제어의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.
이 도면에 있어서, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 세로축은 온도를 나타내고 있다. 선(L6)은 제1저항 발열체(2A) 및 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의해 소정의 영역(Ar)(예를 들면 가장 온도가 높은 영역(Ar))의 온도를 피드백 제어했다고 가정했을 때의 온도의 경시 변화를 나타내고 있다. 선(L5)은 선(L6)의 온도의 경시 변화가 얻어진 경우에 있어서의, 상기 소정의 영역(Ar)에 있어서 제1저항 발열체(2A)가 발생한 열량에 상당하는 온도의 경시 변화를 나타내고 있다. 따라서, 선(L5)과 선(L6)의 차는 상기 소정의 영역(Ar)의 제2저항 발열체(2B)가 발생한 열량에 상당하는 온도의 경시 변화를 나타내고 있다.
이 도면에 나타내듯이, 예를 들면 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의한 온도의 피드백 제어는 제1저항 발열체(2A)에 의한 온도의 피드백 제어보다 응답성이 높게 되어 있다. 이것에 의해 예를 들면 2종의 저항 발열체(2)의 열량의 합계에 의해 실현되는 온도는 목표온도(tp0)에 수속하기 쉽게 되어 있다. 바꿔 말하면, 2종의 제어가 서로 간섭해서 검출온도가 발산되어 버릴 우려가 저감되어 있다.
또, 응답성은 예를 들면 검출값을 목표값으로 복귀시키는 속도이다. 따라서, 예를 들면 검출값이 목표값으로부터 어긋났을 때에, 검출값이 목표값(또는 목표값을 중심으로 하는 소정 범위)로 복귀할 때까지의 시간이 짧을수록 응답성이 높다. 또한 여기에서 말하는 응답성은 검출값의 목표값에 대한 진동이 작아지는 속도(오버 슛의 크기 등)는 문제로 하지 않는다.
양자의 응답성의 상위는 적당하게 실현되어도 좋다. 예를 들면 복수의 제2저항 발열체(2B)의 제어는 제1저항 발열체(2A)의 제어에 대해서, 비례 게인이 크게 되거나, 피드백 제어를 행하는 주기가 짧게 되거나 해도 좋다. 즉, 양 제어는 파라미터가 서로 다른 것으로 되어도 좋다. 또한 예를 들면 제1저항 발열체(2A)의 제어가 적분 제어 또는 퍼지 제어로 되는 한편, 제2저항 발열체의 제어가 비례 제어, PD(Proportional Differential) 제어, PI(Proportional Integral) 제어 또는 PID 제어로 되는 등해도 좋다. 즉, 양 제어는 제어 방식이 서로 다른 것으로 되어도 좋다.
(구동 장치의 구체적인 구성)
도 6은 히터 시스템(100)에 있어서의 신호처리계의 구성을 기능적 관점으로부터 나타내는 블럭도의 일례이다.
히터 시스템(100)은 기술한 바와 같이, 히터(10) 및 구동 장치(50)를 갖고 있다. 구동 장치(50)는 히터(10)에 전력을 공급하는 제1구동부(101), 제2구동부(103) 및 제3구동부(105)를 갖고 있다. 또한 구동 장치(50)는 히터(10)의 온도를 검출하는 온도 계측부(107)와, 상기 구동부 (101, 103 및 105)의 동작을 제어하는 제어부(109)를 갖고 있다.
제1구동부(101)는 제1저항 발열체(2A)에 전력을 공급한다. 제2구동부(103)는 복수의 제2저항 발열체(2B)에 개별적으로 전력을 공급한다. 제3구동부(105)는 복수의 제2저항 발열체(2B) 전체에 공통으로 전력을 공급한다.
또한 제1구동부(101)는 온도 계측부(107)가 검출한 온도에 의거하여 제1저항 발열체(2A)에 공급하는 전력의 피드백 제어를 행한다. 마찬가지로, 제2구동부(103)는 온도 계측부(107)가 검출한 온도에 의거하여 제2저항 발열체(2B)에 개별적으로 공급하는 전력의 피드백 제어를 행한다.
이러한 여러가지 기능부(101, 103, 105, 107 및 109)를 실현하는 하드웨어 구성은 적당한 것으로 되어도 좋다. 또한 여러가지 기능부는 서로 일부 또는 전부가 동일한 하드웨어(예를 들면 동일한 IC 또는 동일한 PC)에 구축되어 있어도 좋다. 또한 각 기능부는 또한 하위 개념의 복수의 기능부를 갖고 있고, 그 하위 개념의 복수의 기능부의 일부는 상위의 기능부(101, 103, 105, 107 및 109)끼리 공용되어 있어도 좋다.
(전력 공급에 따른 하드웨어 구성)
도 7은 도 6에 나타낸 여러가지 기능부 중 주로 전력 공급에 따른 부분에 대해서 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.
(제1구동부)
제1구동부(101)는 예를 들면 전원회로 및 컴퓨터(예를 들면 IC)를 포함해서 구성되어 있다. 그리고, 제1구동부(101)는 상용전원(111)(또는 도시생략된 전원회로)으로부터 공급된 전력을 적당한 전압의 직류전력 또는 교류전력으로 변환하고, 그 전력을 제1저항 발열체(2A)(그 양단의 급전부)에 공급한다.
상용전원(111)으로부터 공급되는 전력은 예를 들면 50Hz 이상 60Hz 이하의 주파수 및 200V의 전압을 갖는 교류전력이다. 제1구동부(101)가 제1저항 발열체(2A)에 공급하는 전력이 교류전력인 경우에 있어서, 상기 교류전력의 주파수는 상용전원(111)의 주파수에 대해서 낮아도 좋고, 동등해도 좋고, 높아도 좋다.
제1구동부(101)가 행하는 제어는 예를 들면 기술한 바와 같이, 히터 본체(10a)의 실제의 온도(검출온도)에 의거한 피드백 제어이다. 단, 제1구동부(101)가 행하는 제어는 피드백을 행하지 않는 오픈 제어이어도 좋다. 영역(Ar)의 온도는 제2저항 발열체(2B)의 발열에 의해서도 제어되기 때문이다. 또, 제2구동부(103)에 의한 온도의 피드백 제어가 제1구동부(101)에 의한 온도의 제어보다 응답성이 높다라는 경우, 제1구동부(101)에 있어서 오픈 제어가 행해지고 있는 양태를 포함하는 것으로 한다.
제1구동부(101)가 행하는 피드백 제어의 방식은 공지의 적당한 것으로 되어도 좋다. 예를 들면 제어는 비례 제어이어도 좋고, PD 제어이어도 좋고, PI 제어이어도 좋고, PID 제어이어도 좋고, 적분 제어이어도 좋다. 또한 예를 들면 제어는 검출값이 목표값에 도달하지 않을 때는 전력을 공급하고, 도달했을 때는 전력 공급을 정지하는 온·오프 제어이어도 좋다. 제어방식으로서 적분 제어를 채용한 경우에 있어서는 예를 들면 제2저항 발열체(2B)에 의한 온도 제어에 대해서 응답성을 낮게 하는 것이 용이하다.
제1구동부(101)에 의한 전력의 증감은 적당한 방법으로 이루어져도 좋다. 예를 들면 전력은 소위 초퍼 제어에 의해 증감되어도 좋다. 초퍼 제어는 전력 공급의 온·오프를 비교적 짧은 주기(통상은 일정한 주기)로 반복하고, 듀티(온의 기간이 주기에 차지하는 비율)를 변화시킴으로써 전력의 실효값을 변화시킨다. 또한 예를 들면 전력은 변압기에 의해 전압을 변화시킴으로써 증감되어도 좋다.
(제2구동부)
제2구동부(103)는 예를 들면 제1구동부(101)와 마찬가지로, 상용전원(111)(또는 도시생략된 전원회로)으로부터 공급된 전력을 적당한 전압의 직류전력 또는 교류전력으로 변환하고, 그 전력을 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급한다.
본 실시형태의 설명에서는 제2구동부(103)가 교류전력을 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 경우를 예로 든다. 이 교류전력의 주파수는 적당하게 설정되어도 좋다. 예를 들면 상기 교류전력의 주파수는 상용전원(111)의 주파수, 또는 제1구동부(101)가 교류전력을 출력하는 경우에 있어서의 상기 교류전력의 주파수에 대해서 낮아도 좋고, 동등해도 좋고, 높아도 좋다. 상용전원(111)의 주파수와 동등의 경우, 예를 들면 주파수를 변환할 필요가 없기 때문에, 제2구동부(103)의 구성을 간소하게 할 수 있고, 또한 주파수의 변환에 따른 전력의 손실도 생기지 않는다.
제2구동부(103)는 예를 들면 제2저항 발열체(2B)마다 콘덴서(113), 트랜스(115) 및 사이리스터(117)를 갖고 있다. 또한 제2구동부(103)는 사이리스터(117)의 동작을 제어하는 구동 제어부(119)를 갖고 있다.
콘덴서(113), 트랜스(115) 및 사이리스터(117)는 상용전원(111)과 제2저항 발열체(2B) 사이에 개재되어 있다. 또, 도 7에서는 편의상, 제2저항 발열체(2Bd)에 대응하는 사이리스터(117)만 상용전원(111)과의 접속을 나타내고 있지만, 다른 제2저항 발열체(2B)에 대응하는 사이리스터(117)의 상용전원(111)과의 접속도 동일하다.
콘덴서(113)는 제2저항 발열체(2B)와 상용전원(111)(보다 상세하게는 트랜스(115)) 사이에 직렬 접속되어 있다. 이러한 콘덴서(113)가 설치되어 있음으로써, 예를 들면 트랜스(115)로부터의 교류전력을 제2저항 발열체(2B)로 흘리는 한편, 의도하지 않은 직류성분이 제2저항 발열체(2B) 또는 트랜스(115)로 흐를 우려를 저감할 수 있다. 콘덴서(113)의 구조 및 재료는 공지의 여러가지의 것으로 되어도 좋고, 또한 커패시턴스(임피던스)는 적당하게 설정되어도 좋다.
트랜스(115)는 예를 들면 절연 트랜스에 의해 구성되어 있고, 상용전원(111)과 제2저항 발열체(2B) 사이에 개재되어 있다. 이러한 트랜스(115)가 설치되어 있음으로써, 예를 들면 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 교류전력의 주파수보다 높은 주파수의 성분(노이즈)이 제2저항 발열체(2B)로 흐를 우려를 저감할 수 있다.
트랜스(115)(절연 트랜스)는 1차측(코일)과 2차측(코일)이 절연되어 있다. 트랜스(115)는 단지 1차측과 2차측이 절연되어 있을 뿐만 아니라, 실드가 배치되는 등해서 1차측과 2차측의 아이솔레이션이 향상되도록 구성되어 있어도 좋다(협의의 절연 트랜스이어도 좋다.). 트랜스(115)의 구조 및 재료 등은 공지의 여러가지의 것과 동일하게 되어도 좋다.
트랜스(115)는 본 실시형태에서는 변압비가 변경 불가능한 것이며, 변압비는 일정하다. 또는 트랜스(115)는 변압비를 변경 가능이어도 좋지만, 본 실시형태에서는 제2구동부(103)는 히터 본체(10a)의 온도를 목표온도로 추종시키도록 트랜스(115)의 변압비를 변경하는 것은 하지 않는다. 즉, 트랜스(115)의 변압비는 히터(10)의 온도에 상관없이 일정하다. 단, 온도에 상관없이 일정하다고는 해도 온도변화에 따른 오차의 변동이 생길 수 있는 것은 당연하다.
트랜스(115)의 변압비는 1 미만이어도 좋고, 1이어도 좋고, 1초이어도 좋다. 그 밖의 파라미터(예를 들면 인덕턴스(임피던스))도 적당하게 설정되어도 좋다.
사이리스터(117)는 상용전원(111)으로부터 제2저항 발열체(2B)(보다 상세하게는 트랜스(115))에 공급되는 전력을 초퍼 제어에 의해 증감하는 것에 이용된다. 사이리스터(117)는 예를 들면 역저지 3단자 사이리스터(협의의 사이리스터), 역도통 사이리스터, 또는 쌍방향 사이리스터(트라이액)에 의해 구성되어 있다. 또, 이렇게, 본 개시에 있어서, 사이리스터의 단어는 특별히 기재하지 않는 한은 광의로 이용된다. 이들 여러가지 사이리스터의 구조 및 재료는 공지의 여러가지의 것으로 되어도 좋다.
역저지 3단자 사이리스터는 일방향(제1방향으로 한다.)의 전류(예를 들면 교류의 정 및 부의 한쪽, 또는 직류)만을 흘리는 것이 가능하며, 제1방향의 전류의 흐름을 허용 또는 금지 가능하다(역방향의 전류는 항상 금지된다.). 구체적으로는 역저지 3단자 사이리스터는 제1방향의 전압이 인가되어 있을 때는 기본적으로 전류(제1방향)의 흐름을 금지하고, 온 조작이 이루어지면 전류(제1방향)의 흐름을 허용한다. 그 후에 역저지 3단자 사이리스터는 온 조작이 정지되어도 제1방향의 전압의 인가가 계속되고 있는 동안은 전류(제1방향)의 흐름을 허용한 상태를 유지한다. 바꿔 말하면, 제1방향의 전압인가가 정지되면(예를 들면 교류전압의 정부가 반전하면), 다시 제1방향의 전류의 흐름은 금지된 상태가 된다.
역도통 사이리스터는 2방향의 전류(교류)를 흘리는 것이 가능하며, 2방향 중 한쪽(제1방향으로 한다.)의 전류의 흐름을 허용 또는 금지 가능하다(2방향 중 다른쪽의 전류는 항상 허용된다). 그리고, 역도통 사이리스터는 제1방향의 전압이 인가되어 있을 때는 기본적으로 전류(제1방향)의 흐름을 금지하고, 온 조작이 이루어지면 전류(제1방향)의 흐름을 허용한다. 그 후에 역도통 사이리스터는 온 조작이 정지되어도 제1방향의 전압의 인가가 계속되고 있는 동안은 전류(제1방향)의 흐름을 허용한 상태를 유지한다. 바꿔 말하면, 제1방향의 전압인가가 정지되면(예를 들면 교류전압의 정부가 반전하면), 다시 제1방향의 전류의 흐름은 금지된 상태가 된다.
쌍방향 사이리스터는 2방향의 전류(교류)를 흘리는 것이 가능하며, 2방향의 전류 각각의 흐름을 허용 또는 금지 가능하다. 본 실시형태에서는 사이리스터(117)로서 쌍방향 사이리스터를 예로 든다. 쌍방향 사이리스터의 구체적인 동작에 대해서는 후술한다.
구동 제어부(119)는 예를 들면 컴퓨터(121)에 의해 구성되어 있다. 컴퓨터(121)는 예를 들면 IC 및 PC의 조합에 의해 구성되어 있다. 이 컴퓨터(121)는 예를 들면 구동 제어부(119) 뿐만 아니라, 제어부(109)도 구성하고 있다.
구동 제어부(119)는 예를 들면 영역(Ar)마다 영역(Ar)의 실제의 온도(검출온도)가 목표온도(tp0) 수속하도록 사이리스터(117)(다른 관점에서는 사이리스터(117)로부터 제2저항 발열체(2B)에 공급되는 전력)를 제어한다. 이 피드백 제어의 방식은 제1구동부(101)의 제어와 마찬가지로 공지의 적당한 것으로 되어도 좋다. 예를 들면 비례 제어, PD 제어, PI 제어, PID 제어 또는 온·오프 제어가 사용되어도 좋다. 또, 제어방식으로서 PID 제어를 채용한 경우에 있어서는 예를 들면 오버슛 및 정상 편차 등을 저감해서 고정밀도로 온도 제어를 행할 수 있다.
(제3구동부)
제3구동부(105)는 본 실시형태에서는 주로, 복수의 제2저항 발열체(2B)를 서미스트로서 이용할 때에 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급한다. 제3구동부(105)는 예를 들면 직류전원(123)과, 직류전원(123)으로부터 복수의 제2저항 발열체(2B) 전체에의 전력의 공급 및 정지를 제어하는 스위치(125)를 갖고 있다.
직류전원(123)은 예를 들면 특별히 도시하지 않지만, 상용전원(111)으로부터 공급된 교류전력을 직류전력으로 변환해서 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급한다. 또한 직류전원(123)은 특별히 도시하지 않지만, 정전류 회로를 포함해서 구성되어 있다. 따라서, 온도변화에 의해 복수의 제2저항 발열체(2B)의 저항값이 변화되면, 복수의 제2저항 발열체(2B)에 있어서는 전류는 기본적으로 변화되지 않고, 전압이 변화된다. 즉, 온도변화는 복수의 제2저항 발열체(2B)에 있어서의 전압에 나타난다. 또, 직류전원(123)에 있어서, 상용전원(111)으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 회로 및 정전류 회로의 구성은 공지의 여러가지의 것과 동일하게 되어도 좋다.
스위치(125)는 예를 들면 입력된 제어신호에 따라 직류전원(123)으로부터 복수의 제2저항 발열체(2B) 전체로의 전력의 공급을 허용 또는 정지한다. 이것에 의해 임의의 시기에 직류전원(123)으로부터 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들면 나중에 상세하게 설명하듯이, 제2구동부(103)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력이 공급되지 않는 시기에 직류전원(123)으로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 직류전원(123)으로부터 제2저항 발열체(2B)로 공급되는 전력에만 의거하여 저항 발열체(2B)의 저항값(온도)을 검출할 수 있다. 스위치(125)는 트랜지스터 등의 공지의 여러가지 스위치에 의해 구성되어도 좋다.
(보조 저항)
제3구동부(105)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)로의 전력 공급에 관해서는 복수의 제2저항 발열체(2B)에 대해서 보조 저항(127)이 직렬로 접속되어 있다.
이 보조 저항(127)은 예를 들면 제3구동부(105)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급되고 있는 전력의 확인에 이용되는 것이며, 광의의 션트이다. 보조 저항(127)은 예를 들면 온도변화에 대한 저항값의 변화가 비교적(예를 들면 제2저항 발열체(2B)의 재료에 비교해서) 작은 재료에 의해 구성되어 있다. 및/또는 보조 저항(127)은 온도변화가 작은 환경 하에 배치되어 있다. 따라서, 예를 들면 온도변화의 영향을 기본적으로 받지 않고, 제3구동부(105)로부터 공급되는 전류의 크기가 보조 저항(127)에 있어서의 전압의 크기에 반영된다.
또, 보조 저항(127)의 저항값은 복수의 제2저항 발열체(2B)의 저항값보다 작게 설정되어 있다. 예를 들면 보조 저항(127)의 저항값은 복수의 제2저항 발열체(2B) 전체의 저항값의 1/1000 이하이다. 이것에 의해 보조 저항(127)이 복수의 제2저항 발열체(2B)의 발열에 미치는 영향은 작게 되어 있다.
보조 저항(127)은 구동 장치(50)에 설치되어 있어도 좋고, 히터(10)에 설치되어 있어도 좋다. 구동 장치(50)에 설치되어 있는 경우에 있어서는 예를 들면 히터(10)의 온도가 보조 저항(127)에 미치는 영향을 저감할 수 있다. 또한 히터(10)의 구성을 간소하게 할 수 있다. 보조 저항(127)은 제3구동부(105) 또는 온도 계측부(107)의 일부로서 파악되어도 좋다.
(온도 계측에 따른 하드웨어 구성)
도 8은 도 6에 나타낸 여러가지 기능부 중 주로 온도 계측에 따른 부분에 대해서 하드웨어 구성의 관점으로부터 상세를 나타내는 회로도이다.
(온도 계측부)
온도 계측부(107)는 예를 들면 제2저항 발열체(2B)마다 차동 앰프(129)를 갖고 있다. 각 차동 앰프(129)는 자기에 대응하는 제2저항 발열체(2B)의 양측의 급전부(P)에 접속되어 있고, 그 2개의 급전부(P)의 전위차에 따른 신호강도(예를 들면 전압)의 신호를 제어부(109)(컴퓨터(121))에 출력한다. 이것에 의해 기술의 설명으로부터 이해되듯이, 제2저항 발열체(2B)의 온도가 측정된다.
또한 온도 계측부(107)는 보조 저항(127)에 대해서도 차동 앰프(129)를 갖고 있다. 상기 차동 앰프(129)는 보조 저항(127)의 양측에 접속되어 있고, 보조 저항(127)의 양측의 전위차에 따른 신호강도의 신호를 제어부(109)(컴퓨터(121))에 출력한다. 이것에 의해 기술의 설명으로부터 이해되듯이, 제3구동부(105)에 의해 소정의 전류가 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급되어 있는지의 여부가 확인된다.
또, 특별히 도시하지 않지만, 온도 계측부(107)의 소자(예를 들면 차동 앰프(129))를 보호하거나, 온도 계측부(107)의 소자가 저항 발열체(2)에 공급되는 전력에 미치는 영향을 저감하거나 하기 위해서, 분압 및/또는 분류를 위한 소자 및/또는 경로가 적당하게 설치되어도 좋다. 또한 온도 계측부(107)에 입력되는 신호 또는 온도 계측부(107)로부터 출력되는 신호로부터 노이즈를 제거하는 필터가 설치되어도 좋다.
(제어부)
제어부(109)는 이미 서술한 바와 같이, 컴퓨터(121)에 의해 구성되어 있다. 제어부(109)는 제3구동부(105)의 스위치(125)의 제어를 행한다. 또한 제어부(109)는 스위치(125)를 온하고 있는 시기(제3구동부(105)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급하고 있는 시기)에 있어서, 각 차동 앰프(129)로부터의 신호를 샘플링한다. 그리고, 제어부(109)는 샘플링한 신호의 신호강도(다른 관점에서는 제2저항 발열체(2B)의 저항값)를 온도로 변환한다. 이것에 의해 각 영역(Ar)의 온도가 취득된다.
또, 저항값으로부터 온도로의 변환 방법(연산 방법)으로서는 공지의 여러가지 방법이 이용되어도 좋다. 예를 들면 저항값으로부터 온도를 특정하는 연산은 계산식을 사용하는 것이어도 좋고, 저항값과 온도를 대응시킨 맵을 사용하는 것이어도 좋다. 또한 상기 연산은 제2저항 발열체(2B)의 온도와, 상면(10c)의 온도의 차를 제거하는 보정을 포함하고 있어도 좋다.
각 영역(Ar)의 온도를 취득한 제어부(109)는 그 온도의 정보를 포함하는 신호를 제2구동부(103)의 구동 제어부(119)에 출력한다. 이것에 의해 구동 제어부(119)는 영역(Ar)마다 온도의 피드백 제어가 가능해진다. 또한 제어부(109)는 예를 들면 가장 온도가 높은 영역(Ar)의 온도의 정보, 또는 복수의 영역(Ar)의 온도로부터 얻어지는 상면(10c)의 평균 온도의 정보를 제1구동부(101)에 출력한다. 이것에 의해 제1구동부(101)는 가장 온도가 높은 영역(Ar)의 온도 또는 상면(10c)의 평균 온도에 의거한 온도의 피드백 제어가 가능해진다.
또, 제어부(109)와, 다른 기능부 (101, 103, 105 및 107)의 역할분담은 적당하게 변경되어도 좋다. 예를 들면 제1저항 발열체(2A)에 의한 온도의 피드백 제어가 목표온도(tp0)보다 소정의 온도차로 낮은 가목표온도에 수속하도록 행해지는 경우에 있어서, 피드백에 이용되는 온도(검출온도로부터 상기 소정의 온도차를 뺀 온도)는 제1구동부(101)가 산출하는 것은 아니고, 제어부(109)가 산출해도 좋다. 또한 예를 들면 가장 높은 온도의 영역(Ar)의 특정, 또는 복수의 영역(Ar)의 평균 온도의 산출은 제어부(109)가 아닌 제1구동부(101)에 있어서 행해져도 좋다.
목표온도(tp0) 및/또는 가목표온도 등의 파라미터는 예를 들면 도시생략의 입력 장치에 대한 유저의 조작에 의해 설정된다. 입력 장치는 공지의 여러가지의 것과 동일하게 되어도 좋고, 예를 들면 노브의 회전 위치에 따른 신호를 출력하는 스위치이어도 좋고, 터치패널이어도 좋다. 또한 가목표온도는 목표온도(tp0)에 의거하여 제어부(109)에 의해 설정되어도 좋다. 예를 들면 목표온도(tp0)에 대해서 소정의 계수(1 미만)를 곱하거나, 목표온도(tp0)로부터 소정의 정수를 빼거나 해서, 가목표온도가 설정되어도 좋다.
제1구동부(101) 및 제2구동부(103)가 행하는 피드백 제어에 있어서는 온도변화에 따른 저항율의 변화에 대한 보상 처리가 행해져도 좋다. 예를 들면 게인을 온도변화에 의거하여 조정해도 좋다. 이것에 의해 보다 고정밀도의 온도 제어가 가능해진다.
(온도 계측의 타이밍)
도 9는 온도의 계측 방법을 설명하기 위한 모식적인 타이밍 차트이다. 도 9에 나타내는 4개의 그래프에 있어서, 가로축은 시간(tm)을 나타내고 있다.
도 9의 최상단의 그래프는 상용전원(111)(또는 도시생략의 전원회로)으로부터 제2구동부(103)에 인가되는 교류전압의 경시 변화를 나타내고 있고, 세로축은 전압이다. 교류전압은 예를 들면 반주기(T0/2)에서 극성(정부)을 반전시키고 있다. 여기에서는 교류전압으로서 전압이 곡선형상으로 변화되는 것(정현파형상의 것)을 예시하고 있다. 단, 교류전압은 정현파형상이 아닌 것(예를 들면 구형파, 삼각파 또는 톱니형상파)이어도 좋다. 교류전압의 극대값(정) 및 극소값(부)은 예를 들면 기준전위로부터의 전위차가 서로 동등하다. 단, 양자는 달라도 좋다.
도 9의 위로부터 2단째의 그래프는 사이리스터(117)에 대한 입력 조작의 경시 변화를 나타내고 있고, 세로축은 입력 조작의 온·오프를 나타내고 있다. 즉, 동 그래프에 있어서, 구형파가 상승하고 있는 시점은 사이리스터(117)를 도통상태로 하기 위해서 사이리스터(117)의 게이트에 전류가 흐른 시점을 나타내고 있다.
도 9의 위로부터 3단째의 그래프는 제2구동부(103)로부터 제2저항 발열체(2B)에 인가되는 전압의 경시 변화를 나타내고 있고, 세로축은 전압이다. 사이리스터(117)는 온 조작이 이루어지면 도통상태가 된다. 그 후에 사이리스터(117)는 온 조작이 정지되어도 도통상태를 유지한다. 그리고, 사이리스터(117)는 교류전압의 정부가 반전되면 비도통상태가 된다. 그 결과, 사이리스터(117)에 인가된 교류전압(도 9의 최상단의 그래프)은 도 9의 3단째의 그래프에 나타내어지는 파형의 전압으로 변환되어 제2저항 발열체(2B)에 인가된다.
구체적으로는 사이리스터(117)로부터 제2저항 발열체(2B)에 인가되는 전압은 전력의 공급과, 그 정지를 반복하는 파형이 된다. 전력이 공급되고 있는 제1기간(T1)과, 전력의 공급이 정지되어 있는 제2기간(T2)의 합은 교류전력의 반주기(T0/2)이며, 일정하다. 제1기간(T1)으로부터 제2기간(T2)으로의 스위칭은 사이리스터(117)에 인가되는 전압의 극성이 반전하는 시점(제로 크로스하는 시점)에 있어서 이루어진다. 한편, 제2기간(T2)으로부터 제1기간(T1)으로의 스위칭은 기본적으로는 사이리스터(117)에 인가되는 전압이 제로가 아닐 때에 이루어진다.
사이리스터(117)에 대한 조작을 통해 제1기간(T1)이 반주기(T0/2)에 차지하는 비율(듀티:T1/(T0/2))을 변화시킴으로써 전력의 실효값이 증감된다. 즉, 초퍼 제어가 행해진다. 제2구동부(103)의 구동 제어부(119)는 검출온도에 따라 듀티를 변화시킴으로써 온도의 피드백 제어를 행한다.
도 9의 최하단의 그래프는 제3구동부(105)가 출력하는 전류의 경시 변화를 나타내고 있고, 세로축은 전류(I)이다. 이 도면에 나타내듯이, 제어부(109)는 제2저항 발열체(2B)에 대한 전력의 공급이 정지되는 제2기간(T2)에 있어서, 제3구동부(105)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력이 공급되도록 제3구동부(105)의 스위치(125)를 제어한다. 이것에 의해 제3구동부(105)로부터의 전력에 의해서만 제2저항 발열체(2B)에 있어서의 전압이 차동 앰프(129)에 의해 검출된다.
제3구동부(105)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급하는 보다 상세한 타이밍 등은 적당하게 설정되어도 좋다. 예를 들면 상기 전력의 공급 개시 타이밍은 제2기간(T2)의 개시 시점을 기준으로 설정된다. 또, 제2기간(T2)의 개시 시점은 상용전원(111)으로부터 복수의 제2구동부(103)에 공급되는 교류전력의 제로 크로스의 시점이기 때문에, 복수의 제2저항 발열체(2B) 사이에서 공통이다. 제2기간(T2)의 개시 시점으로부터 제3구동부(105)로부터의 전력 공급 개시 타이밍까지의 시간차(0을 포함한다)는 예를 들면 복수의 제2기간(T2)끼리에서 일정하게 되도록 설정된다. 또한 예를 들면 상기 전력을 공급하는 시간길이, 및 전류(전류값)도 복수의 제2기간(T2)끼리에서 서로 동일하게 설정된다. 상기 시간차, 시간길이 및 전류값의 구체적인 값은 히터 시스템(100)의 구체적인 구성에 따라 적당하게 설정되어도 좋다.
또한 예를 들면 온도 계측(차동 앰프(129)로부터의 전압의 취득)은 모든 제2기간(T2)에 있어서 이루어지고 있다. 바꿔 말하면, 교류전력의 반주기(T0/2)가 온도를 계측하는 샘플링 주기로 되어 있다. 단, 샘플링 주기는 반주기(T0/2)의 2 이상의 정수배로 되어도 좋다.
피드백 제어에 이용되는 검출온도는 샘플링 주기마다의 그대로의 값이어도 좋고, 소정 횟수에 걸쳐서 검출된 온도의 평균값이어도 좋고, 필터(예를 들면 디지털 필터)에 의해 필터링된 것이어도 좋다. 평균값은 평균값을 구하는 기간이 복수의 평균값 사이에서 서로 중복되지 않는 것이어도 좋고, 상기 기간이 복수의 평균값 사이에서 서로 겹치는 이동 평균이어도 좋다. 이렇게 평균값 및/또는 필터링이 이루어진 값을 사용함으로써, 노이즈를 삭제할 수 있다.
(히터의 제조 방법)
히터(10)의 제조 방법은 예를 들면 이하와 같다.
우선, 닥터 블레이드법 등의 공지의 방법에 의해 제1세라믹층(1a)∼제4세라믹층(1d)이 되는 세라믹 그린시트를 준비한다. 그린 시트는 대략 일정한 두께로 형성된다. 다음에 그린 시트에 대해서 소망의 형상이 되도록 레이저 가공 및/또는 금형을 사용한 펀치 가공을 행한다. 이 때, 예를 들면 접속 도체(3) 및 단자(5)가 배치되는 구멍이 형성된다.
다음에 저항 발열체(2), 접속 도체(3), 배선(4) 및 단자(5) 등의 도체가 되는 금속 페이스트를 스크린 인쇄 등의 적당한 방법에 의해 그린 시트에 배치한다. 저항 발열체(2) 및/또는 배선(4)이 되는 재료는 도전재료와 세라믹 분말을 포함한 도전 시트이어도 좋다. 도전 시트는 예를 들면 후술의 그린 시트의 적층체의 제작시에 그린 시트에 의해 끼워 넣어진다. 또한 그린 시트에 홈을 파고, 도전 시트를 이 홈 내에 배치해도 좋다. 또한 접속 도체(3) 및/또는 단자(5)가 되는 재료는 완성 후의 접속 도체(3) 및/또는 단자(5)와 동일한 것이어도 좋다. 즉, 상기 재료는 고체형상 또한 기둥형상의 금속(금속 벌크재)이어도 좋다.
다음에 그린 시트를 적층하고, 그린 시트의 적층체를 제작한다. 그리고, 그린 시트의 적층체를 주성분의 소성 조건에 맞춰서 소성한다. 이것에 의해 저항 발열체(2), 접속 도체(3), 배선(4) 및 단자(5)를 내부에 설치한 소결체(기체(1))를 얻을 수 있다.
저항 발열체(2), 접속 도체(3), 배선(4) 및 단자(5) 이외에, 플라즈마 처리용 전극 또는 정전척용 전극이 되는 금속 페이스트, 금속판 또는 금속 메시를 적층시에 끼워넣음으로써, 플라즈마 처리용 테이블 또는 정전척을 제작할 수도 있다.
이상과 같이, 히터(10)는 기체(1), 제1저항 발열체(2A) 및 복수의 제2저항 발열체(2B)를 갖고 있다. 기체(1)는 제1면(상면(10c))을 갖고 있는 절연성의 부재이다. 제1저항 발열체(2A)는 기체(1)의 내부 또는 표면 상(본 실시형태에서는 내부)에서 상면(10c)을 따라 연장되어 있다. 제2저항 발열체(2B)는 제1저항 발열체(2A)에 대해서 상면(10c)측 또는 상면(10c)과는 반대측(본 실시형태에서는 상면(10c)과는 반대측)에 위치하고 있고, 기체(1)의 내부 또는 표면 상(본 실시형태에서는 내부)에서 상면(10c)을 따라 연장되어 있다.
따라서, 예를 들면 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의해 상면(10c)의 온도를 국소적으로 제어할 수 있다. 또한, 예를 들면 제1저항 발열체(2A)가 설치되어 있는 점에서 복수의 제2저항 발열체(2B)가 발생해야할 열량을 저감할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 제2저항 발열체(2B)에 접속되는 각종 구성요소(예를 들면 접속 도체(3), 배선(4), 단자(5), 콘덴서(113), 트랜스(115) 및 사이리스터(117))를 소형화하거나, 내전성을 낮게 하거나 할 수 있다. 이들 구성요소의 수는 제2저항 발열체(2B)의 수의 증가에 따라 증가한다. 따라서, 예를 들면 제1저항 발열체(2A)가 추가됨으로써, 언뜻 보기에는 히터(10) 전체 또는 히터 시스템(100) 전체로서 대형화 또는 비용 증대가 발생하듯이 보여도, 실제로는 반대로, 복수의 제2저항 발열체(2B)에 따른 구성요소의 소형화 또는 비용 삭감에 의해, 히터(10) 전체 또는 히터 시스템(100) 전체로서의 소형화 또는 비용 삭감이 용이해진다.
또한 본 실시형태에서는 제1구동부(101)가 제1저항 발열체(2A)에 공급하는 전력은 제2구동부(103)가 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 전력의 합계보다 크다.
이 경우, 예를 들면 상기 복수의 제2저항 발열체(2B)가 발생해야할 열량을 저감하는 효과가 증대한다. 나아가서는 예를 들면 히터(10) 전체 또는 히터 시스템(100) 전체로서의 소형화 또는 비용 삭감이 용이해진다.
또한 본 실시형태에서는 제1구동부(101)는 제1저항 발열체(2A)에 공급하는 전력의 제어에 의해 제1저항 발열체(2A)의 온도의 제어를 행한다. 제2구동부(103)는 복수의 제2저항 발열체(2B) 중 적어도 1개(본 실시형태에서는 전부)에 대해서 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 전력의 제어에 의해 제2저항 발열체(2B)의 온도의 피드백 제어를 행한다. 제2구동부(103)에 의한 온도의 피드백 제어는 제1구동부(101)에 의한 온도의 제어보다 응답성이 높다.
따라서, 제1저항 발열체(2A)의 온도 제어와 제2저항 발열체(2B)의 온도 제어의 상호 간섭에 의해 히터(10)의 온도가 발산되어 버릴 우려가 저감된다. 또한 실제의 온도를 목표온도(tp0)에 수속시키는 고정밀도의 제어는 상면(10c)의 전체에 걸친 제1저항 발열체(2A)가 아닌 국소적으로 배치된 제2저항 발열체(2B)에 의해 이루어지게 된다. 그 결과, 상면(10c) 전체를 소망의 온도분포로 하는 것이 용이화된다.
또한 본 실시형태에서는 복수의 제2저항 발열체(2B) 전체(제3저항 발열체(2C))의 양측의 위치의 1쌍의 급전부(P)(P1 및 P5) 사이에 전력을 공급하는 제3구동부(105)를 더 갖고 있다.
따라서, 예를 들면 제3구동부(105)의 전력에 대한 제2저항 발열체(2B)의 저항값에 의거하여 온도 계측을 행할 수 있다. 또한 예를 들면 제3구동부(105)의 전력에 의해 복수의 제2저항 발열체(2B)의 전체를 발열시키는 것도 가능해진다. 제2구동부(103)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)의 각각에 공급하는 전력을 크게 하게 되면 복수의 제1급전부(P1)∼제5급전부(P5) 전체에 접속되는 각종 구성요소에 대해서, 대형화 또는 내전성을 높게 하지 않으면 안된다. 그러나, 복수의 제2저항 발열체(2B) 전체에 공급되는 전력을 제3구동부(105)에 의해 공급하는 경우에 있어서는 기본적으로, 1쌍의 급전부(P)(P1 및 P5)에 접속되는 구성요소에 대해서만 대형화 또는 내전성을 높게 함으로써 대응 가능하다. 그 결과, 히터(10) 전체 또는 히터 시스템(100) 전체로서 소형화 또는 비용 삭감이 용이해진다.
또한 본 실시형태에서는 제2구동부(103)는 복수의 제2저항 발열체(2B) 중 적어도 1개(본 실시형태에서는 전부)의 소정의 제2저항 발열체(2B)의 저항값에 의거하여 상기 소정의 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 전력을 제어한다.
즉, 제2구동부(103)는 제2저항 발열체(2B)를 서미스트로서 이용해서 제2저항 발열체(2B)의 온도의 피드백 제어를 행한다. 따라서, 히터(10)의 온도를 검출하기 위해서 전용의 센서를 설치할 필요가 없고(단, 그러한 센서가 설치된 양태도 본 개시에 따른 기술에 포함된다.), 히터(10)의 구성을 간소화할 수 있다. 상기 효과는 제2저항 발열체(2B)의 수가 많을수록 증대한다.
또한 본 실시형태에서는 제2구동부(103)는 적어도 1개(본 실시형태에서는 전부)의 소정의 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급하는 제1기간(T1)과, 그 전력의 공급을 정지하는 제2기간(T2)을 교대로 반복한다(또, 제1기간(T1) 및 제2기간(T2)의 길이는 제2저항 발열체(2B)마다 및 주기마다 적당하게 설정된다.). 또한 제3구동부(105)는 적어도 제2기간(T2)의 일부에 있어서 상기 소정의 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급한다. 제2구동부(103)는 제2기간(T2)에 있어서의 제3구동부(105)로부터의 전력에 대한 상기 소정의 제2저항 발열체(2B)의 저항값(본 실시형태에서는 직접적으로는 전압)에 의거하여 상기 소정의 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 전력을 제어한다.
따라서, 예를 들면 제3구동부(105)가 공급하는 전력에만 의거하여 제2저항 발열체(2B)의 저항값을 검출할 수 있다. 제2구동부(103)가 공급하는 전력은 제2저항 발열체(2B)가 발생해야할 열량에 따라 증감되는 것이다. 이러한 제2구동부(103)로부터의 전력이 공급되지 않는 시기에 저항값을 검출할 수 있는 점에서, 예를 들면 저항값의 검출 방법을 간소화할 수 있다. 예를 들면 실시형태에서 예시한 바와 같이, 정전류를 제2저항 발열체(2B)에 공급해서 저항값의 변화를 전압의 변화로서 검출할 수 있다. 다른 관점에서는 제2저항 발열체(2B)의 저항값의 검출에 있어서, 온도 제어를 위한 전력의 변동에 기인하는 노이즈를 저감할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 제1기간(T1) 및 제2기간(T2)의 합계의 주기(T0/2)는 일정하다.
바꿔 말하면, 제1기간(T1) 및 제2기간(T2)은 소위 초퍼 제어에 있어서의 온의 시간 및 오프의 시간이다. 따라서, 예를 들면 온도 계측을 위해서만 제2저항 발열체(2B)에의 전력 공급을 정지할 필요는 없다(단, 그러한 제어가 행해지는 양태도 본 개시에 따른 기술에 포함된다.). 또한 예를 들면 초퍼 제어는 비교적 짧은 주기로 행해지므로, 온도 계측의 샘플링 주기를 짧게 할 수 있다. 나아가서는 온도 제어의 정밀도가 향상된다.
또한 본 실시형태에서는 히터(10)는 n을 2 이상의 정수로 했을 때에, n+1개의 급전부(P)를 갖고 있다(본 실시형태에서는 n=4). n+1개의 급전부(P)는 일련의 제3저항 발열체(2C)의 n-1개의 중도위치(P2∼P4)와, 상기 n-1개의 중도위치보다 일련의 제3저항 발열체(2C)의 양측의 위치(P1 및 P5)에 위치한다. 이것에 의해 일련의 제3저항 발열체(2C)는 n개의 제2저항 발열체(2B)로 분할되어 있다. 제3구동부(105)는 상기 양측의 위치의 1쌍의 급전부(P)(P1 및 P5) 사이에 전력을 공급한다. 제2구동부(103)는 n개의 제2저항 발열체(2B) 각각에 대해서, 제2기간(T2)에 있어서의 제3구동부(105)로부터의 전력에 대한 제2저항 발열체(2B)의 저항값에 의거하여 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 전력을 제어한다.
따라서, 복수의 제2저항 발열체(2B)는 제2구동부(103)에 의해 각각 별개의 서미스트로서 이용된다. 한편, 복수의 제2저항 발열체(2B)는 온도 계측을 위한 전력이 제3구동부(105)로부터 공통적으로 부여된다. 따라서, 국소적인 온도의 피드백 제어가 가능하게 되면서, 온도 계측을 위한 구성이 간소화된다.
또한 본 실시형태에서는 제2구동부(103)는 사이리스터(117) 및 트랜스(115)를 갖고 있다. 사이리스터(117)는 교류전력을 출력하는 전원부(상용전원(111))와 제2저항 발열체(2B) 사이에 개재되어 있고, 교류전력의 반주기(T0/2)를 제1기간(T1)과 제2기간(T2)으로 나눈다. 트랜스(115)는 사이리스터(117)와 제2저항 발열체(2B) 사이에 개재된다.
따라서, 예를 들면 사이리스터(117)를 사용하고 있는 점에서 간편하고 또한 저렴하게 초퍼 제어를 행할 수 있다. 사이리스터(117)에서는 도통상태로 되었을 때에 리플이 발생한다. 이 리플은 제2저항 발열체(2B)에 공급하는 전력의 제어, 및/또는 제2저항 발열체(2B)를 서미스트로서 이용할 때의 온도 계측에 영향을 미칠 우려가 있다. 그러나, 사이리스터(117)와 제2저항 발열체(2B) 사이에 트랜스(115)가 개재되어 있음으로써, 이 리플은 적어도 일부가 고르게 된다. 그 결과, 상기 영향이 저감된다.
(제1실시형태의 변형예)
도 16은 제1실시형태의 변형예를 설명하기 위한 도면이며, 도 9의 일부 발췌에 상당한다.
도 9에서는 점호의 시기가 임의의 시기로 되며, 소호의 시기가 제로 크로스의 시기로 되었다. 바꿔 말하면, 점호의 시기의 조정에 의해 초퍼 제어가 이루어졌다. 단, 도 16에 나타내듯이, 점호의 시기가 제로 크로스의 시기로 되고, 소호의 시기가 임의의 시기로 되어도 좋다. 즉, 소호의 시기의 조정에 의해 초퍼 제어가 이루어져도 좋다. 그리고, 이 소호의 시기 후부터 다음 제로 크로스의 시기까지의 제2기간(T2)에 있어서, 온도 계측이 이루어져도 좋다. 또, 도시와 같은 초퍼 제어를 실현하는 사이리스터를 포함하는 회로는 공지인 점에서 상세한 설명은 생략한다.
<제2실시형태>
도 10은 제2실시형태의 히터 시스템(200)의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 제1실시형태의 도 7에 상당한다.
히터 시스템(200)은 기본적으로, 제2구동부의 구성만이 제1실시형태의 히터 시스템(100)과 상위하다. 구체적으로는 본 실시형태의 구동 장치(250)의 제2구동부(131)는 제1실시형태의 사이리스터(117) 대신에, 솔리드 스테이트 릴레이(이하, 단지 「SSR」)(133)를 갖고 있다.
SSR(133)은 예를 들면 트랜스(115)보다 제2저항 발열체(2B)측에서 제2저항 발열체(2B)에 직렬 접속되어 있다. SSR(133)의 구조 및 재료는 공지의 여러가지의 것으로 되어도 좋다. 예를 들면, SSR(133)은 포토 커플러를 포함하는 포토 SSR에 의해 구성되어 있다. 이 경우, 신호가 광으로서 주고 받아지는 점에서 신호경로가 절연되고, 전기적인 노이즈가 신호에 실리기 어렵다.
도 11은 구동 장치(250)의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이며, 제1실시형태의 도 9에 상당한다.
동 도면의 4개의 그래프는 위에서부터 순차적으로 상용전원(111)으로부터 제2구동부(103)에 인가되는 교류전압의 경시 변화, SSR(133)에 대한 입력 조작의 경시 변화, 제2구동부(103)로부터 제2저항 발열체(2B)에 인가되는 전압의 경시 변화, 및 제3구동부(105)가 출력하는 전류의 경시 변화를 나타내고 있다. 즉, 제1실시형태의 도 9에 있어서, 사이리스터(117)의 동작 대신에, SSR(133)의 동작이 나타내어져 있다. SSR(133)은 예를 들면 온일 때는 소정의 입력 신호가 입력된다.
SSR(133)은 온되어 있고, 또한 상용전원(111)으로부터의 전압이 제로 크로스하면(정부가 반전하면) 도통상태가 된다. 그 후에 상용전원(111)으로부터의 전압이 제로 크로스할 때에, 온되어 있으면, 도통상태가 유지되고, 오프되어 있으면, 비도통상태로 된다. 즉, SSR(133)은 교류전력의 반주기(T0/2)마다 도통상태 또는 비도통상태 중 어느 것으로 될지가 결정된다. 그 결과, 상용전원(111)으로부터 출력된 교류전압(최상단의 그래프)은 도 11의 3단째의 그래프에 나타내어지는 파형의 전압으로 변환된다.
구체적으로는 SSR(133)로부터 제2저항 발열체(2B)에 인가되는 전압의 파형은 전력의 공급과, 그 정지를 반복하는 것이 된다. 전력이 공급되어 있는 제1기간(T21), 및 전력의 공급이 정지되어 있는 제2기간(T22) 각각의 길이는 제1실시형태의 제1기간(T1) 및 제2기간(T2)과는 달리, 교류전력의 반주기(T0/2)의 m배(m은 1 이상)이며, 또한 m의 크기는 임의이다. 그리고, 제1기간(T21) 및 제2기간(T22)의 비에 의해, 전력의 실효값이 증감된다. 즉, 초퍼 제어가 행해진다. 제2구동부(131)의 구동 제어부(119)는 검출온도에 따라 제1기간(T21) 및 제2기간(T22)의 비를 변화시킴으로써 온도의 피드백 제어를 행한다.
또, 제1기간(T21) 및 제2기간(T22)의 합은 제1실시형태와 달리 일정할 필요는 없다. 단, 상기 합은 일정하게 되어도 좋다. 다른 관점에서는 제1실시형태와 마찬가지로 일정한 주기에 대한 듀티비에 의해 전력의 실효값이 제어되어도 좋다. 예를 들면 교류전력이 50Hz인 경우에, 제1기간(T21)과 제2기간(T22)의 합을 2초 정도로 한 경우, 교류전력은 100단계로 증감된다.
도 11의 최하단의 그래프에 나타내듯이, 제어부(109)는 제1실시형태와 마찬가지로, 제2저항 발열체(2B)에 대한 전력의 공급이 정지되는 제2기간(T22)에 있어서, 제3구동부(105)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력이 공급되도록 제3구동부(105)의 스위치(125)를 제어한다. 이것에 의해 제3구동부(105)로부터의 전력에만 의한 제2저항 발열체(2B)에 있어서의 전압이 차동 앰프(129)에 의해 검출된다.
제3구동부(105)로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력을 공급하는 보다 상세한 타이밍 등은 적당하게 설정되어도 좋다. 예를 들면 상기 전력의 공급 개시 타이밍은 제2기간(T22)의 개시 시점을 기준으로 설정된다. 그 시간차(0을 포함한다)는 예를 들면 복수의 제2기간(T22)끼리에서 일정하다. 또한 예를 들면 상기 전력을 공급하는 시간길이, 및 전류(전류값)도 복수의 제2기간(T22)끼리에 있어서 서로 동일하다. 상기 시간차, 시간길이 및 전류값은 히터 시스템(200)의 구체적인 구성에 따라 적당하게 설정되어도 좋다.
또, 본 실시형태에서는 제2기간(T22)은 제1실시형태와는 달리, 적어도 교류전력의 반주기(T0/2)의 길이를 갖고 있다. 따라서, 도시의 예와 같이, 반주기(T0/2)의 중앙부근에서 온도 계측이 이루어져도 좋다.
온도 계측의 샘플링 주기는 적당하게 설정되어도 좋다. 예를 들면 상기와 같이 제1기간(T21)과 제2기간(T22)의 합을 일정하게 하고, 이 합의 시간길이를 샘플링 주기로 해도 좋다. 즉, 샘플링의 타이밍이 제2기간(T22) 내에 반드시 도래하도록 샘플링 주기가 설정되어도 좋다.
또한 예를 들면 제1기간(T21)과 제2기간(T22)의 합이 일정하지 않은 경우, 제2기간(T22)인지의 여부가 판정되어서 온도 계측이 이루어져도 좋다. 바꿔 말하면, 샘플링 주기는 변동해도 좋다.
또한 예를 들면 제1기간(T21)과 제2기간(T22)의 합이 일정하지 않고, 또한 샘플링 주기가 일정한 경우에 있어서, 샘플링 주기가 도래했을 때에, 온도 제어를 위한 SSR(133)의 제어에 우선해서 온도 계측을 위해서 SSR(133)을 반주기(T0/2)만큼 오프로 해도 좋다. 반주기(T0/2)에 비교해서 샘플링 주기가 충분히 긴 경우에 있어서는 온도 계측을 위해서 강제적으로 제2기간(T22)을 설정했다 해도 그 제2기간(T22)이 온도 제어에 미치는 영향은 작다.
이상와 같이, 본 실시형태에서는 제2구동부(131)는 SSR(133)을 갖고 있다. SSR(133)은 교류전력을 출력하는 전원부(상용전원(111))와 적어도 1개(본 실시형태에서는 전부)의 제2저항 발열체 사이에 설치되어 있고, 교류전력이 제로 크로스할 때에 제1기간(T21)과 제2기간(T22)의 스위칭을 행한다.
따라서, 예를 들면 제1기간(T21)과 제2기간(T22)의 스위칭 시기는 교류전력의 제로 크로스와 일치하고 있어 리플이 발생할 우려가 낮다. 나아가서는 이 리플이 온도 계측에 노이즈로서 나타날 우려가 저감된다. 또한 예를 들면 사이리스터(117)를 사용한 경우에 비교해서 제2구동부(103)로부터 제2저항 발열체(2B)로의 전력을 정지하는 제2기간을 길게 하기 쉽다. 그 결과, 예를 들면 제3구동부(105)의 스위치(125)의 제어 조건을 완만한 것으로 할 수 있다. 또, 사이리스터(117)는 SSR(133)에 비교해서 저렴한 등의 메리트가 있다.
<제3실시형태>
도 12는 제3실시형태의 히터 시스템(300)의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 제1실시형태의 도 7에 상당한다.
히터 시스템(300)은 기본적으로, 제3구동부의 구성만이 제1실시형태의 히터 시스템(100)과 상위하다. 구체적으로는 본 실시형태의 구동 장치(350)의 제3구동부(135)는 제1실시형태의 스위치(125)를 갖고 있지 않다. 즉, 직류전원(123)으로부터의 전력은 히터 시스템(300)이 가열 동작을 행하고 있는 동안은 상시 복수의 제2저항 발열체(2B)에 공급되고 있다.
도 13(a)는 히터 시스템(100)의 제어 방법을 나타내는 개념도이며, 제1실시형태의 도 5(a)에 상당한다.
본 실시형태에서는 직류전원(123)으로부터 복수의 제2저항 발열체(2B)에 전력이 공급되는 시간이 긴 점에서 제1실시형태에 비교해서 직류전원(123)으로부터의 전력에 의해 발생하는 열량이 상면(10c)의 온도에 미치는 영향이 크다. 그래서, 본 실시형태에서는 이 영향을 가미한 제어가 행해진다. 구체적으로는 이하와 같다.
도 13(a)의 상단 좌측의 그래프는 도 5(a)와 마찬가지로, 제1저항 발열체(2A)에 의해 실현되는 온도를 나타내고 있다. 제1저항 발열체(2A)에 의한 온도 제어에 있어서는 예를 들면 제1실시형태에서도 언급한 검출온도로부터 소정의 온도차를 뺀 온도를 목표온도(tp0)보다 상기 소정의 온도차로 낮은 가목표온도(tp1)에 수속시키는 제어가 행해진다. 그리고, 이 온도차는 직류전원(123)으로부터의 전력에 의해 발생하는 온도 상승분을 포함하는 크기로 되어 있다.
도 13(a)의 상단 우측의 그래프는 도 5(a)와 마찬가지로, 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의해 실현되는 온도 상승량을 나타내고 있다. 이 그래프에 있어서 2종의 해칭으로 나타내고 있듯이, 복수의 제2저항 발열체(2B)에 의해 실현되는 온도 상승량은 복수의 영역(Ar)에 공통적으로 공급되는 직류전원(123)으로부터의 전력에 의해 실현되는 온도 상승량과, 복수의 영역(Ar)에 개별적으로 공급되는 제2구동부(103)로부터의 전력에 의해 실현되는 온도 상승량의 합이 된다.
그리고, 도 13(a)의 하단의 그래프에 나타내듯이, 각 영역(Ar)의 온도는 제1구동부(101)의 전력에 의한 열량, 제2구동부(103)의 전력에 의한 열량, 제3구동부(135)의 전력에 의한 열량의 총합에 의해 실현된다. 그리고, 모든 영역(Ar)의 온도는 목표온도(tp0)에 수속한다.
도 13(b)는 제2구동부(103)로부터 제2저항 발열체(2B)에 인가되는 전압의 경시 변화 및 제3구동부(105)가 출력하는 전류의 경시 변화를 나타내고 있고, 제1실시형태의 도 9의 일부에 상당한다.
이 도면에 나타내듯이, 본 실시형태에서는 제1기간(T1) 및 제2기간(T2)에 상관없이, 일정한 전류가 제3구동부(135)로부터 제2저항 발열체(2B)에 공급된다. 단, 제어부(109)는 제2기간(T2)에 있어서의 차동 앰프(129)로부터의 신호를 샘플링한다. 즉, 온도 계측은 제1 및 제2실시형태와 마찬가지로, 제2구동부(103)로부터 제2저항 발열체(2B)에 전력이 공급되지 않는 제2기간(T2)에 있어서 이루어진다.
또, 제1실시형태 및 제2실시형태에서는 예를 들면 직류전원(123)으로부터의 전류는 온도 계측에 필요 충분한 크기로 되어도 좋다. 본 실시형태에서는 직류전원(123)으로부터의 전류는 제1 및 제2실시형태와 마찬가지로, 온도 계측에 필요 충분한 크기로 되어도 좋고, 이것보다 크게 되어서 제2저항 발열체(2B)의 발열에 적극적으로 기여해도 좋다.
도시의 예에서는 제1실시형태의 사이리스터(117)와, 본 실시형태의 제3구동부(135)가 조합된 구성을 예시했다. 단, 제2실시형태의 SSR(133)과, 본 실시형태의 제3구동부(135)가 조합되어도 좋다.
<변형예>
도 14(a) 및 도 14(b)는 변형예에 따른 히터의 구성을 나타내는 단면도이며, 도 4에 상당한다.
실시형태에서는 제1저항 발열체(2A)가 상면(10c)측에 배치되고, 복수의 제2저항 발열체(2B)가 하면측에 배치되었다. 단, 도 14(a)에 나타내는 히터(410)와 같이, 제1저항 발열체(2A)와, 복수의 제2저항 발열체(2B)의 위치 관계는 실시형태와는 반대이어도 좋다.
이 경우, 예를 들면 실시형태보다 제2저항 발열체(2B)가 상면(10c)에 가까우므로 상면(10c)의 온도의 검출 정밀도가 향상된다. 또, 실시형태는 예를 들면 변형예에 비교해서 단자(5) 등의 수가 제1저항 발열체(2A)보다 많은 복수의 제2저항 발열체(2B)가 하면측에 위치하기 때문에, 기체(1) 내의 도체의 구성을 간소하게 할 수 있다.
실시형태에서는 저항 발열체(2)는 세라믹으로 이루어지는 기체(1)에 매설되었다. 단, 도 14(b)에 나타내는 히터(510)와 같이, 저항 발열체(2)는 세라믹으로 이루어지는 기체(501)의 표면 상에 위치하고 있어도 좋다. 도시의 예에서는 제1저항 발열체(2A)는 기체(501)의 상면 상에 위치하고 있다. 또한 제2저항 발열체(2B)는 기체(501)의 하면 상에 위치하고 있다. 또, 제1저항 발열체(2A) 및 제2저항 발열체(2B)의 한쪽만이 기체(501)의 표면 상에 위치하고 있어도 좋다.
도시의 예에서는 제1저항 발열체(2A)는 기체(501)와는 다른 절연재료(예를 들면 Y2O3, CaO, MgO, Al2O3, SiO2 등의 무기 절연재료)로 이루어지는 피복층(506)에 의해 덮여져 있다. 이 경우, 기체(501)와 피복층(506)의 전체를 기체로서 정의해서 제1저항 발열체(2A)가 기체에 매설되어 있다고 파악해도 상관없다.
또한 도시의 예에서는 제2저항 발열체(2B)는 기체(501)와는 다른 절연재료(예를 들면 Y2O3, CaO, MgO, Al2O3, SiO2 등의 무기 절연재료)로 이루어지는 피복층(507)에 의해 덮여져 있다. 이 경우, 기체(501)와 피복층(507)의 전체를 기체로서 정의해서 제2저항 발열체(2B)가 기체에 매설되어 있다고 파악해도 상관없다.
<응용예>
도 15(a)는 본 개시의 히터 시스템을 적용한 응용예를 나타내는 도면이다. 도 15(a)에서는 반도체 제조 장치의 챔버(25) 내에 본 개시에 따른 히터(30)를 구비한 모양을 나타내고 있다. 히터(30)의 상면에는 가열 대상물로서의 웨이퍼(40)가 적재되어 있다.
도 15(b)는 히터(30)의 구성을 나타내는 모식도이다. 히터(30)는 예를 들면 상술한 각종 실시형태 또는 변형예에 따른 히터 중 어느 하나와 동일한 구성, 또는 상기 동일한 구성에 전극(12) 등을 추가한 구성으로 되어 있다.
전극(12)은 예를 들면 플라즈마 처리용 전극(예를 들면 RF(Radio Frequency) 전극)이다. 이 경우, 히터(30), 구동 장치(50), 및 플라즈마 처리용 전극에 전압을 인가하는 도시생략의 구동 장치 등을 포함하는 시스템은 플라즈마 처리 장치를 구성한다.
또한 전극(12)은 예를 들면 정전척용 전극이다. 이 경우, 히터(30)는 정전척을 구성하고, 또한 히터(30), 구동 장치(50), 및 정전척용 전극에 전압을 인가하는 도시생략의 구동 장치를 포함하는 시스템은 흡착 장치를 구성한다.
또한 히터(30)는 반도체 제조에 있어서의 CVD 공정에 적용되어도 좋다.
본 개시에 따른 기술은 이상의 실시형태 및 변형예 등에 한정되지 않고, 여러가지 양태로 실시되어도 좋다.
제2구동부로부터 제2저항 발열체로의 전력의 증감은 초퍼 제어에 한정되지 않고, 예를 들면 변압기에 의한 전압의 증감에 의해 실현되어도 좋다. 또한 제2저항 발열체를 서미스트로서 이용하는 경우에 있어서, 제3구동부를 설치하지 않고, 제2구동부로부터 제2저항 발열체로 전력을 공급했을 때의 제2저항 발열체의 저항값을 검출해도 좋다.
실시형태에서는 제2저항 발열체만이 서미스트로서 이용되었다. 단, 제2저항 발열체 뿐만 아니라, 제1저항 발열체도 서미스트로서 이용되어도 좋다. 또한 제2저항 발열체를 서미스트로서 이용하는 한편, 제1저항 발열체는 서미스트로서 이용하지 않고, 또한 제1저항 발열체의 온도를 검출하기 위한 센서를 설치해도 좋다. 예를 들면 복수의 제2저항 발열체보다 제1저항 발열체에 가까운 위치에 센서를 설치해도 좋다.
상기 경우에 있어서, 서미스트로서의 제2저항 발열체에 의해 검출된 온도에 의거하여 제2저항 발열체의 열량을 제어하면서, 서미스트로서의 제1저항 발열체 또는 상기 센서에 의해 검출된 온도에 의거하여 제1저항 발열체의 열량을 제어해도 좋다. 즉, 제1저항 발열체와 제2저항 발열체로 피드백되는 검출온도가 별개로 계측되어 있어도 좋다.
서미스트로서의 제1저항 발열체 또는 상기 센서에 의해 검출된 온도에 의거하여 제1저항 발열체의 열량을 제어하는 경우, 예를 들면 실시형태에서 설명한 가목표온도(목표온도보다 낮은 온도)로의 제어가 행해진다. 히터 내에 있어서, 서미스트로서의 제1저항 발열체 또는 상기 센서의 위치가 서미스트로서의 제2저항 발열체의 위치보다 온도가 낮아지는 위치인 경우에 있어서는 목표온도와 가목표온도의 온도차에 따라서는 서미스트로서의 제1저항 발열체 또는 상기 센서의 온도가 그대로 제1저항 발열체의 피드백 제어에 사용되어도 좋다.
실시형태의 설명에서는 SSR로서 온되어도 제로 크로스하지 않는 한, 도통상태로 되지 않는 형식의 것을 예로 들었다. 단, SSR은 온되었을 때에 도통상태로 되고, 그 후에 제로 크로스할 때에 온되어 있으면, 도통상태가 유지되고, 오프되어 있으면, 비도통상태로 하는 것이어도 좋다. 또한 제2구동부의 초퍼 제어는 사이리스터 및 SSR 이외의 소자에 의해 실현되어도 좋다.
배경기술의 란에서 열거한 특허문헌 1∼5의 내용, 및 2017년 10월 27일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2017-208184호의 내용은 본원에 있어서 참조에 의한 원용(Incorporation by reference)이 이루어져도 좋다.
1…기체, 2A… 제1저항 발열체, 2B… 제2저항 발열체, 5…단자, 10…히터, 10c…상면(제1면).

Claims (13)

  1. 제1면 및 상기 제1면에 대향하는 제2면을 갖고 있는 절연성의 기체와,
    상기 기체의 내부 또는 표면 상에서 상기 제1면을 따라 연장되어 있는 제1저항 발열체와,
    상기 제1저항 발열체에 대해서 상기 제1면측 또는 상기 제2면측에 위치하고 있고, 상기 기체의 내부 또는 표면 상에서 상기 제1면을 따라 연장되어 있는 복수의 제2저항 발열체와,
    n을 2 이상의 정수로 했을 때에, 일련의 저항 발열체의 n-1개의 중도위치와, 상기 n-1개의 중도위치보다 상기 일련의 저항 발열체의 양측의 위치에 위치함으로써, 상기 일련의 저항 발열체를 n개의 상기 제2저항 발열체로 분할하고 있는 n+1개의 급전부를 갖고 있는 히터와,
    상기 제1저항 발열체에 전력을 공급하는 제1구동부와,
    상기 복수의 제2저항 발열체에 개별적으로 전력을 공급하는 제2구동부와,
    상기 양측의 위치의 1쌍의 급전부 사이에 전력을 공급하는 제3구동부를 갖고 있는 히터 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1구동부가 상기 제1저항 발열체에 공급하는 전력은 상기 제2구동부가 상기 복수의 제2저항 발열체에 공급하는 전력의 합계보다 큰 히터 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1구동부는 상기 제1저항 발열체에 공급하는 전력의 제어에 의해 상기 제1저항 발열체의 온도의 제어를 행하고,
    상기 제2구동부는 상기 복수의 제2저항 발열체 중 적어도 1개에 대해서 상기 제2저항 발열체에 공급하는 전력의 제어에 의해 상기 제2저항 발열체의 온도의 피드백 제어를 행하고,
    상기 제2구동부에 의한 온도의 피드백 제어는 상기 제1구동부에 의한 온도의 제어보다 응답성이 높은 히터 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1구동부는 상기 히터의 온도를 소정의 가목표온도에 수속시키는 열량을 상기 제1저항 발열체에 발생시키는 제어를 행하고,
    상기 제2구동부는 상기 히터의 온도를 상기 가목표온도로부터 상기 가목표온도보다 높은 목표온도에 수속시키는 열량을 상기 제2저항 발열체에 발생시키는 제어를 행하는 히터 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제2구동부는 상기 복수의 제2저항 발열체 중 적어도 1개의 소정의 제2저항 발열체의 저항값에 의거하여 상기 소정의 제2저항 발열체에 공급하는 전력을 제어하는 히터 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3구동부는 상기 소정의 제2저항 발열체에 전력을 공급하고,
    상기 제2구동부는 상기 소정의 제2저항 발열체에 전력을 공급하는 제1기간과, 그 전력의 공급을 정지하는 제2기간을 교대로 반복하고,
    상기 제3구동부는 적어도 상기 제2기간의 일부에 있어서 상기 소정의 제2저항 발열체에 전력을 공급하고,
    상기 제2구동부는 상기 제2기간에 있어서의 상기 제3구동부로부터의 전력에 대한 상기 소정의 제2저항 발열체의 저항값에 의거하여 상기 소정의 제2저항 발열체에 공급하는 전력을 제어하는 히터 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1기간 및 상기 제2기간의 합계의 주기는 일정한 히터 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2구동부는 상기 n개의 제2저항 발열체 각각에 대해서, 상기 제2기간에 있어서의 상기 제3구동부로부터의 전력에 대한 상기 제2저항 발열체의 저항값에 의거하여 상기 제2저항 발열체에 공급하는 전력을 제어하는 히터 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2구동부는,
    교류전력을 출력하는 전원부와 상기 소정의 제2저항 발열체 사이에 개재되어 있고, 상기 교류전력의 반주기를 상기 제1기간과 상기 제2기간으로 나누는 사이리스터와,
    상기 사이리스터와 상기 소정의 제2저항 발열체 사이에 개재되는 트랜스를 갖고 있는 히터 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2구동부는 교류전력을 출력하는 전원부와 상기 소정의 제2저항 발열체 사이에 개재되어 있고, 상기 교류전력이 제로 크로스할 때에 상기 제1기간과 상기 제2기간의 스위칭을 행하는 솔리드 스테이트 릴레이를 갖고 있는 히터 시스템.
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