WO2023112233A1 - ヒータ制御装置、及び電力制御方法 - Google Patents

ヒータ制御装置、及び電力制御方法 Download PDF

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WO2023112233A1
WO2023112233A1 PCT/JP2021/046389 JP2021046389W WO2023112233A1 WO 2023112233 A1 WO2023112233 A1 WO 2023112233A1 JP 2021046389 W JP2021046389 W JP 2021046389W WO 2023112233 A1 WO2023112233 A1 WO 2023112233A1
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temperature
heating element
power
control method
time
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PCT/JP2021/046389
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成伸 先田
功一 木村
克裕 板倉
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住友電気工業株式会社
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater

Definitions

  • the present disclosure relates to a heater control device and a power control method.
  • Patent Document 1 discloses a film forming apparatus for forming a metal thin film on a semiconductor wafer.
  • This film forming apparatus includes a heating means provided on a mounting table, a temperature detecting section for detecting the temperature of the semiconductor wafer placed on the mounting table, a control means for controlling the amount of heat generated by the heating means, and a lower portion of the mounting table. and a support member that supports the
  • the heating means includes a first heater and a second heater for respectively heating the central portion and the peripheral portion of the semiconductor wafer.
  • the control means controls power supplied to the first heater based on the detected temperature value of the central portion of the mounting table. Further, the control means is configured to supply power to the second heater in a predetermined ratio with respect to the power supplied to the first heater.
  • Patent Document 2 discloses phase control and cycle control as AC power control, and discloses a method of eliminating the drawbacks of each other by switching between them.
  • JP 2009-74148 A Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-122818
  • the heater control device of the present disclosure includes: a substrate; a heating element disposed on the base; a power controller that controls AC power supplied to the heating element, The power controller controls the power by a first control method in which a cyclic control method is combined with a phase control method,
  • the phase control method causes a current to pass through the switching element at a passage time between the time when a trigger signal is input to the switching element and the zero crossing point of the alternating voltage waveform every half cycle of the alternating voltage waveform,
  • the cyclic control method controls whether or not to output the current that has passed through the switching element for each half cycle of the AC voltage waveform,
  • the passage time is equal to or longer than a cutoff time set in advance corresponding to the variation width of the zero cross point detected by the power controller.
  • the power control method of the present disclosure includes: A power control method for controlling AC power supplied to a load, comprising: controlling the AC power by a first control method in which a cyclic control method is combined with a phase control method;
  • the phase control method causes a current to pass through the switching element at a passage time between the time when a trigger signal is input to the switching element and the zero crossing point of the alternating voltage waveform every half cycle of the alternating voltage waveform,
  • the cyclic control method controls whether or not to output the current that has passed through the switching element for each half cycle of the AC voltage waveform,
  • the transit time is equal to or longer than a cutoff time set in advance corresponding to the variation width of the zero-crossing point.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of the heater control device of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a plan view of the substrate showing the arrangement areas of the heating elements.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the arrangement of the heating element within the base.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the difference between the normal phase control method and the first control method.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure up to outputting the second power in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure up to outputting the second temperature in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of a temperature profile of a heating element according to Embodiment 1;
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the temperature profile of the heating element during temperature maintenance.
  • FIG. 9 is a graph showing an enlarged example of the temperature profile in the processing state in FIG.
  • FIG. 10 is a functional block diagram of a heater control device according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure up to outputting the second power in the second embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of the substrate showing the arrangement area of the heating element in Modification 1.
  • FIG. 13 is a vertical cross-sectional view of the substrate showing the arrangement region of the heating element in Modification 1.
  • FIG. 14 is a functional block diagram of a heater control device according to Modification 2.
  • FIG. 15 is a functional block diagram of a heater control device according to Modification 3.
  • the heater control apparatus of the present disclosure can finely control the power supplied to the heating element.
  • the power conversion method of the present disclosure can finely control the power supplied to the load.
  • Embodiments of the present disclosure are listed and described below.
  • a heater control device includes: a substrate; a heating element disposed on the base; a power controller that controls AC power supplied to the heating element, The power controller controls the power by a first control method in which a cyclic control method is combined with a phase control method,
  • the phase control method causes a current to pass through the switching element at a passage time between the time when a trigger signal is input to the switching element and the zero crossing point of the alternating voltage waveform every half cycle of the alternating voltage waveform,
  • the cyclic control method controls whether or not to output the current that has passed through the switching element for each half cycle of the AC voltage waveform,
  • the passage time is equal to or longer than a cutoff time set in advance corresponding to the variation width of the zero cross point detected by the power controller.
  • the first control method can effectively reduce the manipulated variable MV as a time average value even if the zero-cross point fluctuates, as will be described later in detail. Therefore, the first control method can supply less power to the heating element than in the case of only the phase control method. Therefore, the heater control device has a high power control resolution for the heating element and can control small power, so that the wafer can be easily controlled to a desired temperature.
  • the AC power supplied to the heating element may be power determined by the transit time and the output ratio in the phase control method.
  • the above form has a high power control resolution for the heating element, and can control small power.
  • the power controller may perform the first control method when supplying power corresponding to a time shorter than the cutoff time to the heating element.
  • the power control resolution is high and low power control is possible, so it is easier to control the wafer to a desired temperature.
  • a time width of the trigger signal may be shorter than the passage time.
  • the power can be finely controlled.
  • the base has a disk-like shape
  • the heating element is a first heating element arranged in a region including the center of the base; one or more second heating elements arranged concentrically with the first heating element;
  • the power controller has a first power controller that controls first power supplied to the first heating element, The first power controller may control the first power according to the first control scheme.
  • the first power supplied to the first heating element is controlled by the first control method, so that the first power is finely controlled compared to the case where the power is controlled only by the normal phase control method. can.
  • the heater control device of (5) one or more current sensors measuring the current supplied to the one or more second heating elements; and a calculator for obtaining the temperature of the second heating element
  • the power controller has a second power controller that controls the second power supplied to the second heating element,
  • the second power controller controls the second power by the first control method so as to achieve a preset ratio with respect to the first power
  • the calculator may calculate the temperature of the second heating element based on the measured value of the current sensor.
  • the temperature of the second heating element is obtained by the calculator based on the measured value of the current sensor. Therefore, the temperature of the second heating element can be grasped without a temperature sensor for detecting the temperature of the second heating element or the zone in which the second heating element is arranged.
  • the second power supplied to the second heating element is controlled to have a preset ratio to the first power.
  • the second power is controlled by the first control method, so that the temperature of the second heating element can be finely controlled as compared with the case where the power is controlled only by the normal phase control method. As a result, the temperature of the second heating element can also be grasped with high precision.
  • a power control method includes: A power control method for controlling AC power supplied to a load, comprising: controlling the AC power by a first control method in which a cyclic control method is combined with a phase control method;
  • the phase control method causes a current to pass through the switching element at a passage time between the time when a trigger signal is input to the switching element and the zero crossing point of the alternating voltage waveform every half cycle of the alternating voltage waveform,
  • the cyclic control method controls whether or not to output the current that has passed through the switching element for each half cycle of the AC voltage waveform,
  • the transit time is equal to or longer than a cutoff time set in advance corresponding to the variation width of the zero-crossing point.
  • the first control method can effectively reduce the operation amount MV as a time average value. Therefore, the power control method described above can supply less power to the load than the phase control method alone. Therefore, the above-described power control method has a high resolution for power control of the load and can control small power, so that the load can be easily controlled at a desired temperature.
  • FIG. 1 A heater control device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 This heater control device 1 can be used in a film forming apparatus for forming a thin film on the surface of a wafer.
  • the substrate 10 and the support 20 of the heater control device 1 are arranged in a chamber capable of controlling atmospheric gas. Illustration of the chamber is omitted.
  • the heating elements 30 are not arranged in a part of the substrate 10 in the circumferential direction, but in an actual device, the heating elements 30 are arranged evenly over the entire substrate 10 .
  • the heater control device 1 of this example includes a base 10, a support 20, a plurality of heating elements 30, a temperature sensor 40, a current sensor 50, and a controller 60.
  • the substrate 10, as shown in FIG. 3, has a first surface 10a on which the object to be heated W is placed, and a second surface 10b facing the first surface 10a.
  • the first surface 10a side of the substrate 10 may be referred to as "upper”, and the second surface 10b side may be referred to as "lower”.
  • a support 20 is attached below the base 10 .
  • a plurality of heating elements 30 are arranged inside the base 10 as shown in FIGS. 1 and 3 .
  • the plurality of heating elements 30 in this example includes one first heating element 31 and one or more second heating elements 32 .
  • a temperature sensor 40 detects the temperature of the first heating element 31 .
  • the current sensor 50 includes a first current sensor 51 that measures a first current flowing through the first heating element 31 and a second current sensor 52 that measures a second current flowing through the second heating element 32 .
  • the controller 60 mainly controls power supplied to the first heating element 31 and the second heating element 32 .
  • One of the features of the heater control device 1 of Embodiment 1 is that it has a specific power controller 63 that controls the power supplied to the heating element 30 . Each configuration will be described in more detail below.
  • the substrate 10 of this example has a disk-like shape.
  • the base 10 has a first surface 10a and a second surface 10b.
  • the first surface 10a and the second surface 10b face each other.
  • a heating target W shown in FIG. 3 is placed on the first surface 10a.
  • the object W to be heated is, for example, a wafer such as silicon or a compound semiconductor.
  • a support 20, which will be described later, is attached to the second surface 10b.
  • the second surface 10b is provided with a plurality of holes into which a plurality of terminals 30t shown in FIG. 3 are fitted.
  • the substrate 10 of this example is concentrically divided into a plurality of regions.
  • the base 10 is divided into an inner region 10i and an outer region 10e.
  • the inner region 10i is a circular region centered on the center of the base 10.
  • the center of the base 10 is the center of a circle defined by the outline of the base 10 when viewed from the first surface 10a side.
  • the diameter of the inner region 10i is, for example, 80% or less of the diameter of the substrate 10. By setting the diameter of the inner region 10 i to 80% or less of the diameter of the base 10 , it is possible to secure an area in which one or more second heating elements 32 can be arranged outside the first heating elements 31 .
  • the diameter of the inner region 10i is also less than or equal to 50% of the diameter of the substrate 10.
  • the diameter of the inner region 10i is, for example, 10% or more of the diameter of the substrate 10.
  • the outer region 10e is an annular region located outside the inner region 10i.
  • a plurality of heating elements 30, which will be described later, are arranged corresponding to the plurality of regions.
  • the material of the substrate 10 is, for example, known ceramics. Ceramics are, for example, aluminum nitride, aluminum oxide, and silicon carbide.
  • the material of the substrate 10 may be composed of a composite material of the above ceramics and metal. Metals are, for example, aluminum, aluminum alloys, copper, copper alloys.
  • the material of the substrate 10 in this example is ceramics.
  • the support 20 supports the base 10 from the second surface 10b side.
  • the support 20 is attached to the second surface 10b so as to surround the plurality of terminals 30t shown in FIG. 3 when the heater control device 1 is viewed from the first surface 10a side.
  • the shape of the support 20 is not particularly limited.
  • the support 20 of this example is a cylindrical member.
  • the support 20 is arranged concentrically with the base 10 .
  • the base 10 and the support 20 are connected so that the center of the cylindrical support 20 and the center of the disk-shaped base 10 are coaxial.
  • the upper end of the support 20 has an outwardly bent flange 21, as shown in FIG.
  • a sealing member (not shown) is arranged between the flange portion 21 of the upper end portion and the second surface 10b.
  • the interior of the support 20 is sealed by the sealing member.
  • the flange portion 21 and the second surface 10b may be joined together in order to maintain airtightness without using the seal member.
  • the chamber in which the substrate 10 and support 20 are placed is typically filled with a corrosive gas. By keeping the inside of the support 20 airtight, the plurality of terminals 30t, the plurality of power lines 30c, and the like housed inside the support 20 can be isolated from the corrosive gas.
  • the material of the support 20 is known ceramics, like the material of the base 10 .
  • the material of the support 20 and the material of the base 10 may be the same or different.
  • One first heating element 31 and one or more second heating elements 32 are heat sources that heat the object W to be heated through the substrate 10 .
  • the first heating element 31 is arranged in a circular area including the center of the substrate 10 as shown in FIGS. 1 and 3, that is, the inner area 10i shown in FIG.
  • One or more second heating elements 32 are arranged concentrically with the substrate 10 and the first heating element 31 as shown in FIGS.
  • One or more second heating elements 32 are arranged in an annular region concentric with the center of the substrate 10, namely the outer region 10e shown in FIG.
  • the first heat generating element 31 and one or more second heat generating elements 32 are arranged in a layered manner spaced apart from each other in the thickness direction of the substrate 10 .
  • the individual second heating elements 32 are also arranged in layers with intervals in the thickness direction of the substrate 10 .
  • Each of the first heating element 31 and the one or more second heating elements 32 are connected to the power line 30c via the terminals 30t shown in FIG. Power is supplied from an AC power supply (not shown) to each of the first heating element 31 and one or more second heating elements 32 via the power line 30c.
  • a plurality of second heating elements 32 may be provided.
  • the shapes of the first heating element 31 and the second heating element 32 are not particularly limited. When the substrate 10 is viewed from the first surface 10a side, the outlines of the outer circumferences of the first heating element 31 and the second heating element 32 are generally circular. The first heating element 31 and the second heating element 32 are arranged concentrically with the base 10 and the support 20 . The first heating element 31 and the second heating element 32 are arranged concentrically with each other.
  • the concentric means that when the heater control device 1 is viewed from the first surface 10a side, the enveloping circles of the first heating element 31 and the second heating element 32 have a common center and each enveloping circle has a common center. It says that the enveloping circles have different diameters.
  • each enveloping circle coincides with the center of the substrate 10 .
  • the diameter of the enveloping circle of the second heating element 32 is larger than the diameter of the enveloping circle of the first heating element 31 .
  • the first heating element 31 and the second heating element 32 may be arranged to partially overlap in the radial direction of the enveloping circles. They may be spaced apart without any gaps.
  • the term "center side” means the center side of the enveloping circle
  • the term “outside” means the side away from the center in the radial direction of the enveloping circle.
  • the first heating element 31 and the second heating element 32 are arranged inside the base 10 as shown in FIGS.
  • the first heating element 31 is arranged in the first layer located closest to the first surface 10 a in the thickness direction of the substrate 10 .
  • a long length can be secured between the first heating element 31 and the second surface 10b.
  • the second heat generating element 32 since the first heat generating element 31 is arranged in the first layer, the second heat generating element 32 has a higher heat resistance compared to the case where the first heat generating element 31 is arranged in a layer other than the first layer.
  • the position of the connected terminal 30t is not easily affected, and the first heating element 31 can be easily arranged.
  • the second heating element 32 is arranged closer to the second surface 10b than the first heating element 31 is.
  • each heating element 30 is not particularly limited as long as it can heat the object W to be heated to a desired temperature.
  • the material of each heating element 30 is a known metal suitable for resistance heating.
  • the metal is, for example, one selected from the group consisting of stainless steel, nickel, nickel alloys, silver, silver alloys, tungsten, tungsten alloys, molybdenum, molybdenum alloys, chromium, and chromium alloys.
  • a nickel alloy is, for example, nichrome.
  • Each heating element 30 can be manufactured, for example, by combining a screen printing method and a hot press bonding method. In the case of this example, it can be manufactured by the following procedures. Three ceramic substrates and a screen mask to which each heating element 30 can be transferred are prepared. As the screen mask, a mask capable of forming each circuit pattern of the first heating element 31 and the second heating element 32 is used. A screen mask of a circuit pattern to be produced is placed on each of the two ceramic substrates. A paste to be the heating element 30 is applied to the ceramic substrate on which the screen mask is placed. A squeegee is used to transfer the heating element 30 to the ceramic substrate. After transferring the heating element 30, the screen mask is removed.
  • the first substrate to which the first heating element 31 is transferred and the second substrate to which the second heating element 32 is transferred are obtained.
  • the first substrate, the second substrate, and the ceramic substrate to which the heating element is not transferred are laminated in order and joined by hot pressing.
  • Each heating element 30 is arranged inside the base 10 by this bonding.
  • the temperature sensor 40 is a sensor that measures the first temperature of the first heating element 31 .
  • a commercially available thermocouple or temperature measuring resistor can be used preferably.
  • the temperature-measuring resistor is, for example, a platinum temperature-measuring resistor PT100.
  • the location where the temperature sensor 40 is arranged is inside the base 10 .
  • the temperature sensor 40 is arranged inside the base 10 in a region inside the inner peripheral surface of the support 20 when the base 10 is viewed from above. That is, when the support 20 is viewed in the axial direction, the temperature sensor 40 is positioned inside the contour line of the inner peripheral surface of the support 20 .
  • the temperature sensor 40 is preferably arranged near the first heating element 31 .
  • the temperature measured by the temperature sensor 40 installed near the first heating element 31 is not the temperature of the first heating element 31 itself, but the temperature of the inner region 10i of the substrate 10 where the first heating element 31 is arranged. .
  • the temperature of the inner region 10i is also regarded as the first temperature of the first heating element 31 .
  • the current sensor 50 is a sensor that measures the current flowing through the heating element 30 .
  • the current sensor 50 comprises a first current sensor 51 and a second current sensor 52 .
  • the first current sensor 51 detects the first current flowing through the first heating element 31 .
  • a second current sensor 52 detects a second current flowing through the second heating element 32 .
  • the second current sensor 52 is provided for each second heating element 32 .
  • the first current sensor 51 is provided on the power line 30 c connected to the first heating element 31 .
  • the second current sensor 52 is provided on the power line 30 c connected to the second heating element 32 .
  • a sensor typified by a commercially available CT (Current Transmitter) can be used.
  • the first current or the second current is a value obtained by averaging the effective value of the current flowing through the first heating element 31 or the second heating element 32 within a predetermined period of time to remove electrical noise.
  • the controller 60 controls each part necessary for the operation of the heater control device 1 .
  • the controller 60 includes a first temperature controller 61 , a power controller 63 , a calculator 65 and a memory 66 .
  • Controller 60 is typically implemented by a processor including a CPU (Central Processor Unit) or DSP (Digital Signal Processing).
  • a processor includes a bus, a CPU connected to the bus, a ROM (Read-Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input/output I/F (Interface), and the like.
  • One or more processors may be provided in the controller 60, or a plurality of processors may be provided.
  • the power controller 63 of this example has a first power controller 631 and a second power controller 632 .
  • a memory 66 stores a program for causing the processor to execute a control procedure, which will be described later.
  • the processor reads and executes programs stored in memory 66 .
  • the program includes program codes for processing in the first temperature controller 61 , the first power controller 631 , the second power controller 632 and the calculator 65 .
  • the first temperature controller 61 outputs a first control signal so that the first temperature approaches the target temperature.
  • PID control can be used for control by the first temperature controller 61 .
  • PID control is a type of feedback control, and is a control method that controls an input value by three operations: the deviation (P) between the output value and the target value, its integration (I), and its differentiation (D). Smooth temperature control with little hunting can be performed by proportional action that outputs the manipulated variable according to the deviation. Integral action can automatically correct the offset. Differential action can speed up the response to disturbances.
  • the target temperature is the temperature set by the user.
  • the first temperature controller 61 performs PID calculation based on the target temperature and the current temperature of the first heating element 31 , that is, the first temperature, and outputs a first control signal to the first power controller 631 .
  • the first power controller 631 controls the first power, which is AC power supplied to the first heating element 31, according to the first control signal.
  • the first power controller 631 to which the first control signal is input supplies first power corresponding to the first control signal to the first heating element 31 .
  • Control of the first power is performed by a first control scheme.
  • the first control method is a control method in which a cyclic control method is combined with a phase control method.
  • phase control method a current is passed through the switching element during the passage time between the time when the trigger signal is input to the switching element and the time when the AC voltage waveform is zero crossing every half cycle of the AC voltage waveform. It is a method to control as follows. As a more specific example, the phase control method changes the conduction angle by controlling the firing angle according to the timing at which the trigger signal is input to the switching element every half cycle of the AC voltage waveform. This is a method of controlling the current to pass to the zero crossing point of the voltage waveform.
  • a specific example of a switching element is a thyristor or triac.
  • a triac is an element in which two thyristors are connected in antiparallel.
  • a triac is efficient because it can control alternating current in both directions by opening and closing one gate.
  • a trigger signal is a signal with a constant time width. The time width of the trigger signal is shorter than the passage time.
  • a specific example of a trigger signal is a gate signal.
  • Firing angle is the time the switching element is turned off. The conduction angle is the time during which the switching element is turned on. Zero crossing points are detected by detector 64 .
  • Detector 64 is provided in first power controller 631 .
  • a specific example of the detector 64 may be a photocoupler or an AC voltage zero-cross detection IC that does not use a photocoupler.
  • AC voltage zero-cross detection ICs are, for example, ROHM's BM1ZxxxFJ series.
  • the passage time is the time tMV during which the switching element is turned on and the current actually flows.
  • the transit time is greater than or equal to the cutoff time.
  • the cut-off time is a time set in advance corresponding to the variation width of the zero-cross point detected by the detector 64, as will be described later.
  • the fluctuation width of the zero crossing point changes according to the usage environment of the heater control device 1 . Therefore, the cutoff time can be appropriately set according to the operating environment of the heater control device 1 .
  • the fluctuation width of the zero-cross point is, for example, equal to or less than the time width corresponding to ⁇ 3 Hz, although it depends on the usage environment.
  • the zero-crossing point fluctuation range is the absolute value of the difference between the half-cycle time of 57 Hz and the half-cycle time of 60 Hz, and the half-cycle of 63 Hz. It is the total value of the absolute value of the difference between the cycle time and the half cycle time of 60 Hz, which is 0.835 msec.
  • the cutoff time is 0.835 msec. That is, if the frequency is 60 Hz and the upper limit of the fluctuation width of the zero cross point is a time width corresponding to ⁇ 3 Hz, the cutoff time is 0.835 msec or less.
  • the output mode during phase control is voltage proportional square control.
  • the voltage proportional square control is a mode in which the square of the effective value Vrms of the output voltage is proportional to the manipulated variable MV (%) corresponding to the degree of opening of the gate.
  • the operating phase angle ⁇ (deg) in FIG. 4 is 180 degrees, the operating phase angle ⁇ (%) is 100%.
  • the cyclic control method is a method that controls whether or not to output the current that has passed through the switching element for each half cycle of the AC voltage waveform.
  • the cyclic control method is a method of controlling whether or not power is output by turning on or off a gate at a zero crossing point. That is, in the cyclic control method, the current is output at a ratio of M times out of N half cycles.
  • N is determined in consideration of the time constant and control resolution allowed for the controlled object as the average voltage.
  • N is, for example, an integer of 5 or more and 1200 or less, further an integer of 5 or more and 120 or less, particularly an integer of 10 or more and 30 or less.
  • M is an integer of 1 or more and less than N;
  • the first power is the power determined by the transit time in the phase control method and the output ratio in the cyclic control method.
  • the first power is calculated by multiplying the first current and the first voltage.
  • the first current is the measurement of the first current sensor 51 as described above.
  • the first voltage is the voltage applied to the first heating element 31 .
  • the first power is calculated by dividing the square of the first voltage by the resistance. More specifically, the first electric power is calculated by multiplying the value obtained by dividing the square of the voltage of the power source, which is the primary side of the transformer 80 described below, by the resistance, and the manipulated variable MV (%). This calculation is obtained by a calculator 65, which will be described later.
  • the first control method when supplying the first electric power to the first heating element 31 for a period of time shorter than the cutoff time. If the passing time, which is the target of control, is shorter than the cutoff time, malfunction is likely to occur as will be described later. If the first control method is used when power corresponding to a time shorter than the cutoff time is supplied to the heating element, it is particularly effective for controlling small power. Depending on the configuration of the power controller 63, only the phase control method may be used in the control corresponding to the time longer than the cutoff time. In this embodiment, power control is always performed by the first control method.
  • the upper and lower diagrams of FIG. 4 show the waveform of the voltage supplied from the AC power supply as a sine wave. Of the sinusoidal wave in FIG. 4, the current in the area indicated by hatching is output.
  • the gate opens. By opening the gate, the triac turns on and current flows. The time width tw is constant. After the gate signal with the time width tw is input, the gate signal is turned off. When the gate signal is turned off, the triac remains on and current continues to flow. When the TRIAC senses zero voltage, it automatically turns off and no current flows. In each half-cycle, the time the TRIAC is on is the actual current flow time t MV (msec).
  • the triac can output a desired current within a predetermined range depending on the timing of applying the gate signal. The closer the timing of applying the gate signal to the next zero-cross point detection time, the smaller the output current. The farther from the next zero-cross point detection time, the larger the output current. Become.
  • the detector 64 detects the zero crossing point before the time width tw elapses after the gate signal is turned on, that is, if 0 ⁇ t MV ⁇ tw, the gate signal is kept on for the time width tw. , the zero cross point may be crossed and the triac turned on again. Therefore, when the zero crossing point is detected, the gate signal is turned off. However, the zero-cross point may not be detected due to distorted voltage waveform or the like. In this case, if the actual zero-crossing point is exceeded, the TRIAC will turn on again, causing a malfunction in which the current continues to flow for half a cycle.
  • the scheduled time of the next zero-crossing point is, for example, 8.33 msec after the current zero-crossing point in the case of 60 Hz.
  • the actual time of the next zero-crossing point may be before or after the scheduled time.
  • the reason why the time of the zero-cross point fluctuates is that the frequency may be disturbed and the voltage waveform may be deformed by the disturbance.
  • the time tMV is small, if the actual time of the next zero-crossing point comes earlier than the scheduled time, the above malfunction is likely to occur.
  • the phase control method there is a practical minimum time t MV for the time t MV that is the target of control.
  • a predetermined time in consideration of the time corresponding to this minimum time tMV is the cutoff time.
  • the cutoff time may be determined based on the frequency fluctuation of the AC power to be controlled. Also, the cutoff time may be determined by actually measuring the AC voltage waveform to be controlled by the heater control device 1 and finding the variation width of the zero cross point.
  • the first control method will be described based on the lower diagram of FIG.
  • the phase control method of the first control method is the same as the normal phase control method described above based on the upper diagram of FIG.
  • the time at which the gate signal is input every half cycle is “time t 0 +half cycle (msec) ⁇ time t MV ”.
  • Time t 0 is the time when the detector 64 detects the zero cross point.
  • the time width tw of the gate signal is shorter than the time tMV .
  • the cyclic control method controls whether or not to output the current passed through the triac every half cycle.
  • the lower diagram of FIG. 4 shows waveforms for five cycles.
  • description will be made with five cycles as one unit.
  • the number of cycles per unit can be set as appropriate.
  • the manipulated variable MV can be adjusted by the number of cycles per unit and the number of currents permitted to be output per unit by the cyclic control method.
  • the cyclic control method permits the output of eight half-cycle currents, and two half-cycle currents. Half-cycle current output is rejected.
  • current is output in each of ten half cycles. That is, the manipulated variable MV of the first control system shown in the lower diagram of FIG. 4 is 8/10 times the manipulated variable MV of the normal phase control system shown in the upper diagram of FIG.
  • the manipulated variable MV in the first control method is 8/10 times the minimum manipulated variable MV in the normal phase control method even if the time t MV in the half cycle unit is not changed from the normal phase control method. Therefore, the first control method can make the manipulated variable MV smaller than the normal phase control method alone.
  • the first control method permits the output of one half-cycle current out of ten half-cycle currents passed through the triac by a cyclic control method, Nine half-cycles of current output may be rejected.
  • the manipulated variable MV can be reduced to 1/10 times that of the normal phase control system alone. Therefore, the resolution of power control can be increased ten times as much as that of the normal phase control method alone. For example, when considering the control of AC power of 60 Hz, that is, AC power of 60 cycles per second, by treating 120 half cycles as one unit, it is 1/120 of the minimum operation amount MV in the normal phase control method. Fine control is possible.
  • the first power controller 631 may use only the first control method. Alternatively, the first power controller 631 uses the first control method only when making the manipulated variable MV smaller than the manipulated variable MV of only the normal phase control method, and sets the manipulated variable MV to the operation of the normal phase control method only.
  • a normal phase control method or a normal cyclic control method may be used when increasing the quantity MV.
  • the first control method can effectively reduce the manipulated variable MV as a time average value even if the zero-crossing point fluctuates. Therefore, by controlling the first electric power supplied to the first heating element 31 by the first control method, the first control method is the first A small first power can be supplied to the heating element 31 . Therefore, the first control method has a high power control resolution for the first heating element 31 and can control small power, so that the wafer can be easily controlled to a desired temperature.
  • the second power controller 632 controls second power, which is AC power supplied to the second heating element 32 . More specifically, the second power controller 632 controls the second power to be a preset ratio to the first power. Control based on the power ratio is less susceptible to changes in resistance value due to self-heating of each heating element 30 than control based on the current ratio. Therefore, the temperature of the second heating element 32 can be accurately grasped.
  • This ratio is a ratio preset by the user. For example, the ratio is set such that the first power:second power is 1.0:0.8.
  • the second power of each second heating element 32 is also controlled to have a preset ratio to the first power.
  • first power:second power A:second power B 1.0:0.8:0.6.
  • the second electric power A is the second electric power supplied to one of the two second heating elements 32 .
  • the second electric power B is the second electric power supplied to the other second heating element 32 of the two second heating elements 32 .
  • Different ratios can be set in a series of temperature profiles of temperature increase, temperature maintenance, and temperature decrease of the heating element 30. Normally, this ratio is different at each stage of temperature rising, temperature holding, and cooling.
  • the ratio between the time of temperature increase and the time of temperature decrease may differ depending on the temperature range from the start to the end of each stage. For example, between room temperature and 400°C, the first power:second power ratio is 1.0:0.8, and between 400°C and 450°C, the first power:second power ratio is 1.0:0.8. 9. If the temperature rises at the same power ratio to a high temperature, the heat generating element 30 becomes too center-hot and may be damaged by thermal stress due to the difference in temperature distribution inside and outside the plane of itself. Therefore, it is preferable to increase the ratio of the second power at high temperatures.
  • the control of the second power is also performed by the first control method, that is, the control method in which the cyclic control method is combined with the phase control method, in the same way as the control of the first power.
  • the first control method can reduce the manipulated variable MV compared to the normal phase control method alone. Therefore, by controlling the second electric power supplied to the second heating element 32 by the first control method, a small amount of second electric power can be supplied to the second heating element 32 in the same manner as the first electric power. Therefore, the power control resolution of the second heating element 32 is high, and low power control is possible, so that the wafer can be easily controlled to a desired temperature.
  • the second power is obtained by multiplying the second current and the second voltage.
  • the second current is the measurement of the second current sensor 52 .
  • the second voltage is the voltage applied to the second heating element 32 . This calculation is performed by the calculator 65, which will be described later.
  • the calculator 65 performs various calculations required by the controller 60 . As described above, both the first power and the second power are calculated by the calculator 65 . Furthermore, the calculator 65 also calculates the second temperature, which is the temperature of the second heating element 32 . Therefore, the temperature of the second heating element 32 can be grasped without a temperature sensor for detecting the temperature of the second heating element 32 or the temperature of the zone corresponding to the second heating element 32 .
  • the second temperature of the second heating element 32 is obtained using the resistance of the second heating element 32 and a previously obtained coefficient indicating the relationship between the resistance of the second heating element 32 and the temperature. That is, the second temperature is not a value measured using a temperature sensor, but a value calculated based on the power supplied to the first heating element 31 .
  • the resistance of the second heating element 32 is obtained by dividing the second voltage of the second heating element 32 by the second current flowing through the second heating element 32 .
  • the coefficients are obtained in advance by a preliminary test, which will be described later. This coefficient also includes a relational expression showing the relationship between the resistance of the second heating element 32 and the temperature.
  • the coefficients are stored in memory 66 . If the relationship between the resistance of the second heating element 32 and the temperature is known in advance, and the resistance of the second heating element 32 is obtained, by referring to this resistance with the above relationship, the second Temperature can be calculated and obtained.
  • Non-volatile memories can be suitably used for the memory 66 as a memory for storing programs.
  • the memory 66 may also include a volatile memory that temporarily stores values required for a series of operations.
  • the heater control device 1 includes an external output device 70 and a transformer 80 .
  • the external output device 70 is a device that outputs the second temperature of the second heating element 32 obtained as described above.
  • the external output device 70 is, for example, a display that displays the second temperature in characters or displays the change over time of the second temperature in a graph.
  • the other external output device 70 may be a device that outputs a processing result obtained by subjecting the second temperature to predetermined processing.
  • a device that indicates this processing result is, for example, an alarm device.
  • the alarm device is, for example, a device that issues an alarm when the second temperature is out of the set range.
  • the warning is not particularly limited as long as it can notify the user of the abnormality of the second temperature. Specific types of alarms are character display on the display, lighting of a lamp, and sounding of a buzzer.
  • Still another external output device 70 is a communication device (not shown). This communication device communicates with an external device owned by a remote user. For example, information on the second temperature can be sent to an external device via a communication device, or the above alarm can be transmitted to the external device as a change in flag state via a communication device. The transmission of this information allows remote users to perceive the second temperature and alarm.
  • the transformer 80 is a member for electromagnetically coupling a power source (not shown) and the controller 60 to supply electric power to the first heating element 31 and the second heating element 32 .
  • the power supply side which is the primary side of the transformer 80
  • the controller 60 side which is the secondary side of the transformer 80
  • the power supply and the controller 60 are insulated, it is easy to control the power to each heating element 30 .
  • power is supplied to each of the heating elements 30 by branching the power line 30 c on the secondary side to each of the first heating element 31 and the second heating element 32 . That is, the first heating element 31 and the second heating element 32 are not electrically insulated from each other. Since the first heating element 31 and the second heating element 32 are not insulated, the number of transformers 80 can be reduced compared to the case where both the heating elements 30 are insulated.
  • the heater control device 1 may include an input unit (not shown) as another member.
  • the input unit is a device for inputting various conditions set by the user. Various conditions include a preset ratio to the first power to define the second power.
  • Known input devices such as a numeric keypad, a keyboard, and a touch panel can be used for the input unit.
  • Various conditions input from the input unit are stored in the memory 66 .
  • step S ⁇ b>1 a first temperature is obtained from the temperature sensor 40 and a first current is obtained from the first current sensor 51 .
  • the first temperature controller 61 outputs a first control signal so that the first temperature approaches the target temperature.
  • step S ⁇ b>3 the first power controller 631 outputs the first power corresponding to the first control signal to the first heating element 31 .
  • step S ⁇ b>4 the calculator 65 calculates the second power, and the second power is output from the second power controller 632 to the second heating element 32 .
  • a series of processes from step S1 to step S4 are repeated at regular intervals while the heater control device 1 is being driven.
  • step S11 the second current sensor 52 acquires a second current.
  • step S12 the computing unit 65 computes the second resistance, which is the resistance of the second heating element 32, from the second current and the second voltage.
  • step S13 the computing unit 65 computes the second temperature using the computed second resistance and the previously obtained coefficient indicating the relationship between the resistance of the second heating element 32 and the temperature.
  • step S ⁇ b>14 the obtained second temperature is output to the external output device 70 .
  • the preliminary test is a test for preliminarily obtaining a coefficient indicating the relationship between the resistance of the second heating element 32 and the temperature. It is preferable to perform the preliminary test by different methods when the temperature is raised, when the temperature is lowered, and when the temperature is maintained. In other words, it is preferable to use different coefficients when raising and lowering the temperature and when maintaining the temperature.
  • FIG. 7 is a graph showing temporal changes in the temperature of the first heating element 31 in the heater control device 1 of this example.
  • the temperature of the heating element 30 rises at a substantially constant rate from room temperature to a predetermined holding temperature.
  • the rate of temperature increase in this temperature increase process is selected such that the heating element 30 is not damaged.
  • the temperature of the heating element 30 is held at a substantially constant temperature.
  • the temperature holding process includes an idle state in which no wafer is placed on the substrate 10 and a processing state in which a wafer is placed on the substrate 10 and a film is formed on the wafer.
  • minute temperature fluctuations occur due to the gas entering and exiting the film forming apparatus and the control of the electric power supplied to the heating elements 30 described above.
  • the idling state is indicated by a straight line extending horizontally, but actually, as will be described later, the temperature fluctuates very slightly.
  • wafers are loaded and unloaded from the substrate 10 and films are sequentially formed on a plurality of wafers, so that temperature fluctuations are greater than those in the idle state.
  • the temperature change in the process state is shown in FIG. 7 by the dashed line following the straight line in the idle state.
  • the temperature of the heating element 30 drops at a substantially constant rate from the holding temperature to room temperature.
  • the temperature drop rate in this temperature drop process is selected such that the heating element 30 is not damaged.
  • the amount of temperature change per unit time is greater when the temperature is increased and when the temperature is decreased than when the temperature is maintained. During this temperature increase and temperature decrease, the film formation process on the wafer is not performed.
  • the temperature range from the room temperature to the holding temperature or the temperature range from the holding temperature to the room temperature is divided into narrower temperature ranges, and the relationship between the resistance of the second heating element 32 and the temperature is calculated for each of the divided temperature ranges. demand. For example, the relationship between the resistance and the temperature of the second heating element 32 is obtained for each temperature range divided from 50°C to 100°C. More specifically, when the temperature is rising, the first temperature range of 50 ° C. or higher and 100 ° C.
  • the second temperature range of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, the third temperature range of 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, 300 C. to 400.degree. C. and the fifth temperature range from 400.degree. C. to the holding temperature are obtained.
  • An example holding temperature is 450°C.
  • the first temperature range the relationship between resistance and temperature at two points of 50° C. and 100° C. is obtained.
  • the relationship between the resistance of the second heating element 32 and the temperature should be obtained when the temperature is lowered, based on the same concept as when the temperature is raised. In this manner, the temperature range from room temperature to the holding temperature or the temperature range from the holding temperature to room temperature is divided into smaller temperature ranges in each process of temperature increase and temperature decrease. Then, the relationship between the resistance and the temperature of the second heating element 32 is obtained for each of the divided narrow temperature ranges. A different coefficient can then be used for each separate temperature range. Therefore, the temperature of the second heating element 32 can be obtained with higher accuracy.
  • the temperature of the second heating element 32 at the resistance R(Tr), that is, the room temperature Tr, and the holding temperature Tk of the second heating element 32 at the resistance R(Tk) are also expressed by a proportional relational expression.
  • Tr ⁇ T ⁇ Tk and R(Tr) ⁇ R ⁇ R(Tk) Tr ⁇ T ⁇ Tk and R(Tr) ⁇ R ⁇ R(Tk).
  • the resistance value at the intermediate temperature cannot be represented by linear interpolation between the two points. Therefore, it is difficult to accurately obtain the temperature of the second heating element 32 .
  • the temperature holding process includes two temperature profiles, the idle state without the heating target W and the processing state with the heating target W, as described above. This temperature profile will be explained based on FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing temporal changes in the temperature of the first heating element and the temperature of the second heating element.
  • the temperature of the first heating element 31 is the temperature obtained based on the resistance of the first heating element 31 obtained from the first current and the first voltage and the above coefficient.
  • the temperature of the second heating element 32 is the temperature obtained based on the resistance of the second heating element 32 obtained from the second current and the second voltage and the above coefficient.
  • This graph also shows the change over time of the measured value of the temperature sensor 40 . Both graphs have lines overlapping each other. Further, in this graph, Case 1 indicates the process of the idle state, and Case 2 indicates the process of the processing state.
  • ⁇ Method A (processing state: with heating target)> First, the resistance value Rmax of each heating element 30 at the time of the maximum temperature Tmax and the resistance value Rmin of each heating element 30 at the time of the minimum temperature Tmin are obtained from the change over time of the measured value of the temperature sensor 40 within a predetermined time of the processing state. to confirm.
  • the predetermined time is selected from a range of about 500 seconds to 1000 seconds.
  • the predetermined time in this example is 600 seconds.
  • a film is formed on one wafer within this predetermined time.
  • FIG. 9 is an enlarged view of part of the temperature change in the processing state of FIG.
  • the minimum temperature Tmin is the valley temperature from when the film-formed wafer is taken out to when the current wafer to be film-formed is placed on the substrate 10 .
  • the maximum temperature Tmax is the peak temperature during the film formation process on the current wafer.
  • FIG. 9 shows that the minimum temperature Tmin is 449.4°C and the maximum temperature Tmax is 450.3°C.
  • the resistance value Rmax and the resistance value Rmin of each heating element 30 are the values obtained by dividing the first voltage at each time point by the first current, or the values obtained by dividing the second voltage at each time point by the second current. Using these maximum temperature Tmax, resistance value Rmax, minimum temperature Tmin, and resistance value Rmin, a relational expression between the temperature and resistance value of each heating element 30 is obtained. This relational expression is obtained from the same way of thinking as the relational expressions shown when the temperature is rising and when the temperature is falling.
  • the temperature of the second heating element 32 obtained using the relational expression is high. It can be grasped with precision.
  • the relationship between the resistance and the temperature of the heating element 30 is obtained by the above method A in the preliminary test, the above relationship can be obtained based on the temperature profile in a state simulating the actual film formation, so the second heating element 32 can be obtained with high accuracy. temperature can be grasped.
  • ⁇ Method B (processing state: with heating target)>
  • the average resistance Rave within a predetermined time period is obtained from the change in the resistance value of each heating element 30 over time during the predetermined time period in the processing state.
  • the predetermined time is appropriately selected, for example, from a range of approximately 5000 seconds to 10000 seconds. In this example, the predetermined time is 8000 seconds. Film formation is performed on 10 or more wafers within this predetermined time.
  • the rate of change ⁇ R/R of the resistance of each heating element 30 within a predetermined period of time is set in advance.
  • the maximum resistance Rmax and the minimum resistance Rmin within a predetermined time are obtained, and then the difference ⁇ R between the maximum resistance Rmax and the minimum resistance Rmin and the ratio ⁇ R/Rave of the difference ⁇ R to the average resistance Rave are obtained.
  • this ratio ⁇ R/Rave be the rate of change ⁇ R/R.
  • the rate of change ⁇ R/R is assumed to be 0.02 here.
  • the average temperature Tave within a predetermined time period is obtained.
  • the amount of temperature change ⁇ T within a predetermined period of time is set in advance.
  • the temperature change amount ⁇ T the difference between the maximum temperature Tmax and the minimum temperature Tmin within a predetermined time is first obtained as the temperature change amount ⁇ T.
  • the temperature change amount ⁇ T is 0.88° C. here.
  • the ratio ⁇ R/R and the amount of temperature change ⁇ T are considered to be substantially constant for each heating element 30 unless the holding temperature changes significantly.
  • the fact that the holding temperature does not change greatly means that the amount of change in the holding temperature is 100° C. or less, for example.
  • the average resistance Rave and the average temperature Tave of each heating element 30 may be obtained. That is, the maximum resistance Rmax, the minimum resistance Rmin, the maximum temperature Tmax, and the minimum temperature Tmin from the next time onward are obtained as follows.
  • ⁇ R Rave x 0.02
  • Maximum resistance Rmax Rave+ ⁇ R/2
  • Minimum resistance Rmin Rave- ⁇ R/2
  • Maximum temperature Tmax Tave+ ⁇ T/2
  • Minimum temperature Tmin Tave- ⁇ T/2
  • the maximum resistance Rmax, minimum resistance Rmin, maximum temperature Tmax, and minimum temperature Tmin can be obtained using known resistance change rate ⁇ R/R and temperature change amount ⁇ T. Once these parameters are determined, the correlation between the resistance and temperature of the heating element 30 can be determined.
  • an average resistance Rave within a predetermined period of time is obtained from the change over time of the resistance value of each heating element 30 within a predetermined period of time in the idle state.
  • the predetermined time is appropriately selected, for example, from a range of approximately 5000 seconds to 10000 seconds. In this example, the predetermined time is 10000 seconds.
  • the rate of change ⁇ R/R of the resistance of each heating element 30 within a predetermined period of time is set in advance.
  • the maximum resistance Rmax and the minimum resistance Rmin within a predetermined time are obtained, and then the difference ⁇ R between the maximum resistance Rmax and the minimum resistance Rmin and the ratio ⁇ R/Rave of the difference ⁇ R to the average resistance Rave are obtained.
  • This ⁇ R/Rave is defined as the resistance change rate ⁇ R/R.
  • the rate of change ⁇ R/R is assumed to be 0.02 here.
  • the average temperature Tave within a predetermined time period is obtained.
  • the amount of temperature change ⁇ T within a predetermined period of time is set in advance.
  • the temperature change amount ⁇ T the difference between the maximum temperature Tmax and the minimum temperature Tmin within a predetermined time is first obtained as the temperature change amount ⁇ T.
  • the temperature change amount ⁇ T is 0.88° C. here.
  • the ratio ⁇ R/R and the amount of temperature change ⁇ T are considered to be substantially constant for each heating element 30 unless the holding temperature changes significantly.
  • the fact that the holding temperature does not change greatly means that the amount of change in the holding temperature is 100° C. or less, for example.
  • the average resistance Rave and the average temperature Tave of each heating element 30 may be obtained. That is, the maximum resistance Rmax, the minimum resistance Rmin, the maximum temperature Tmax, and the minimum temperature Tmin from the next time onward are obtained as follows.
  • ⁇ R Rave x 0.02
  • Maximum resistance Rmax Rave+ ⁇ R/2
  • Minimum resistance Rmin Rave- ⁇ R/2
  • Maximum temperature Tmax Tave+ ⁇ T/2
  • Minimum temperature Tmin Tave- ⁇ T/2
  • the maximum resistance Rmax, minimum resistance Rmin, maximum temperature Tmax, and minimum temperature Tmin can be obtained using known resistance change rate ⁇ R/R and temperature change amount ⁇ T.
  • the temperature of the second heating element 32 can be obtained based on the coefficient obtained when there is no object W to be heated in the idle state, there is no need to prepare a wafer when obtaining the coefficient. Once these parameters are determined, the correlation between the resistance and temperature of the heating element 30 can be determined.
  • the temperature of the second heating element 32 can be obtained accurately by using coefficients corresponding to the fine temperature ranges of the maximum temperature and the minimum temperature in that process.
  • the relationship between the resistance and the temperature of the heating element 30 is determined by the above method B and method C in the preliminary test, the actual maximum resistance Rmax, minimum resistance Rmin, maximum temperature Tmax, minimum There is no need to measure the temperature Tmin. Therefore, the temperature of the second heating element 32 can be obtained more easily.
  • a heater control device 1 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the heater control device 1 has been described that can grasp the second temperature, which is the temperature of the second heating element 32, and can monitor whether the second temperature becomes an abnormal temperature.
  • the heater control device 1 capable of controlling the temperature of the second heating element 32 by controlling the second electric power by changing the ratio described above will be described.
  • the following description will mainly focus on differences from the first embodiment. A description of the points in common with the first embodiment is omitted.
  • the heater control device 1 of Embodiment 2 further includes a second temperature controller 62 in addition to the configuration of Embodiment 1.
  • the second temperature controller 62 outputs a second control signal for adjusting the ratio so that the second temperature approaches the target temperature. Control for adjusting this ratio can also utilize PID control.
  • the second power controller 632 adjusts the ratio for determining the second power.
  • the first power:second power is changed to 1.0:0.79.
  • the fluctuation range of this ratio can be set as appropriate, but it is preferably within about 5% of the ratio of the second power before the change.
  • the second power ratio before change is 0.8, so the second power ratio after change is changed between 0.76 and 0.84. If the power fluctuates outside the fluctuation range of this ratio, an alarm device (not shown) issues an alarm to the user. This warning enables the user to detect an abnormality and take appropriate measures.
  • step S21 the second temperature controller 62 outputs a second control signal for adjusting the ratio so that the second temperature approaches the target temperature.
  • step S22 the calculator 65 calculates the second power according to the adjusted ratio. Second power is then output from the second power controller 632 to the second heating element 32 .
  • the heater control device 1 of Embodiment 2 can not only display the second temperature of the second heating element 32 on the external output device 70, but also control the temperature of the second heating element 32.
  • Embodiment 3 the ratio for obtaining the second power is controlled so that the difference between the second temperature and the first temperature is as zero as possible.
  • the configuration of the heater control device of the third embodiment is the same as the configuration of the heater control device 1 of the second embodiment described with reference to FIG.
  • the temperature Ts measured by the temperature sensor 40 is regarded as the temperature Th of the first heating element 31 itself and set as the first temperature. That is, strictly speaking, the temperature Th of the first heating element 31 is different from the temperature Ts measured by the temperature sensor 40 . This is because the temperature Ts transiently includes a temperature rise due to the heat generated by the first heating element 31 itself.
  • the difference between the second temperature and the first temperature is regarded as the difference in temperature distribution within the first surface 10a.
  • the first temperature and the second temperature have different target temperatures.
  • an alarm device (not shown) issues an alarm to the user. This warning enables the user to detect an abnormality and take appropriate measures.
  • FIG. Modification 1 is a configuration that can be applied to any of Embodiments 1 to 3.
  • Each zone of the outer region 10e is a fan-shaped zone obtained by dividing the annular region into four equal parts.
  • a first heating element 31 is provided in the inner area 10i
  • one second heating element 32 is provided in the intermediate area 10m
  • four second heating elements 32 are provided in the outer area 10e.
  • a second heating element 32 is arranged in each zone of the outer region 10e divided into four equal parts.
  • Each heating element 30 can independently control the power supplied.
  • a current sensor (not shown) is provided on each power line 30c connected to each heating element 30. As shown in FIG.
  • the heater control device 1 of Modification 1 can use more heating elements 30 than in Embodiments 1 and 2 to achieve uniform heating of the substrate 10.
  • Modification 2 is a modification of Embodiment 1, and has a configuration in which the first heating element 31 and the second heating element 32 are insulated.
  • a first transformer 81 and a second transformer 82 are provided between the first heating element 31 and the power supply and between the second heating element 32 and the power supply, respectively. . That is, the primary sides of the first transformer 81 and the second transformer 82 are connected to the power line branched from the power supply. On the other hand, the secondary sides of the first transformer 81 and the second transformer 82 are connected to power lines 30c independent of each other. Therefore, the first heating element 31 and the second heating element 32 are insulated from each other.
  • the heater control device 1 of Modification 2 in addition to the same effects as those of Embodiment 1, can more reliably insulate the first heating element 31 and the second heating element 32 from each other.
  • Modification 3 is a modification of Embodiment 2 or Embodiment 3, and has a configuration in which the first heating element 31 and the second heating element 32 are insulated.
  • a first transformer 81 and a second transformer 82 are provided between the first heating element 31 and the power supply and between the second heating element 32 and the power supply, respectively. . That is, the primary sides of the first transformer 81 and the second transformer 82 are connected to the power line branched from the power supply. On the other hand, the secondary sides of the first transformer 81 and the second transformer 82 are connected to power lines 30c independent of each other. Therefore, the first heating element 31 and the second heating element 32 are insulated from each other.
  • the heater control device 1 of Modification 3 in addition to the effects similar to those of Embodiment 2 or Embodiment 3, can more reliably insulate the first heating element 31 and the second heating element 32 from each other.
  • the first control method may be a control method in which a cyclic control method is combined with an antiphase control method.
  • the reverse phase control method is a method of controlling the timing at which the trigger signal is input to the switching element so as to cut off the current passed through the switching element every half cycle of the AC voltage waveform.
  • the cyclic control method is a method of controlling whether or not to output the current passed through the switching element every half cycle.
  • Example A difference in power control capability between the above-described first control method and the normal phase control method will be described.
  • the cutoff time is set to a time corresponding to ⁇ 3 Hz.
  • the specific cut-off time is the absolute value of the difference between the half-cycle time of 57 Hz and the half-cycle time of 60 Hz, and the absolute value of the difference between the half-cycle time of 63 Hz and the half-cycle time of 60 Hz. Total value.
  • the cutoff time in this example is 0.835 msec.
  • the minimum set manipulated variable MV of the triac is set to 0.65%. That is, although the set operation amount MV can be made 0.65% or more, it cannot be made less than 0.65%.
  • the set operation amount MV and the assumed operation amount MV created at the time of the set operation amount MV are the same value.
  • the assumed operation amount MV here is the electric power actually output by the first control method. This is because the normal phase control method outputs all 15 half-cycle currents that have passed through the triac. That is, in the normal phase control method, for example, if the set manipulated variable MV is 0.65%, the assumed manipulated variable MV is 0.65%. Since the set manipulated variable MV cannot be made less than 0.65% as described above, the assumed manipulated variable MV cannot be made less than 0.65% only by the normal phase control method. Assuming that the assumed power to be output when the assumed manipulated variable MV is 0.65% is 30 W, the assumed power cannot be less than 30 W with the normal phase control method.
  • the set operation amount MV and the assumed operation amount MV can be made different from each other.
  • the assumed operation amount MV can be set to less than 0.65% as shown in Table 1.
  • Table 1 shows an example in which the assumed manipulated variable MV can be changed from 0.65% to 0.05% in units of 0.01%.
  • the assumed power can be less than 30W.
  • Table 1 shows an example in which the assumed power can be changed from 30 W to 2.3 W in units of 0.5 W or 0.4 W.
  • the set manipulated variable MV is 0.69%, and 14 half-cycle currents out of 15 half-cycle currents that have passed through the triac are allowed to be output by the cyclic control method.
  • the first control method by setting the cutoff time to a time corresponding to ⁇ 3 Hz, the above-described malfunction can be prevented and the resolution of the assumed operation amount MV can be improved. was able to control Even if the heater control device 1 uses the first control method, the malfunction described above occurs when a frequency variation corresponding to ⁇ 4 Hz is applied.

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Abstract

基体と、前記基体に配置された発熱体と、前記発熱体に供給される交流電力を制御する電力制御器と、を備え、前記電力制御器は、位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた第一制御方式によって前記電力を制御し、前記位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と前記交流電圧波形のゼロクロス点との間である通過時間において前記スイッチング素子に電流を通過させ、前記サイクリック制御方式は、前記交流電圧波形の半周期毎に、前記スイッチング素子を通過した前記電流の出力の可否を制御し、前記通過時間は、前記電力制御器が検出する前記ゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定したカットオフ時間以上である、ヒータ制御装置。

Description

ヒータ制御装置、及び電力制御方法
　本開示は、ヒータ制御装置、及び電力制御方法に関する。
　特許文献１は、半導体ウエハの上に金属薄膜を設ける成膜装置を開示している。この成膜装置は、載置台に設けられた加熱手段と、載置台に載せられた半導体ウエハの温度を検出する温度検出部と、加熱手段の発熱量を制御する制御手段と、載置台の下部を支持する支持部材とを備える。加熱手段は、半導体ウエハの中央部と周縁部とをそれぞれ加熱するための第一のヒータ及び第二のヒータを備える。制御手段は、載置台の中央部の温度検出値に基づいて第一のヒータの供給電力を制御する。さらに制御手段は、第一のヒータの供給電力に対して予め定められた比率の電力を第二のヒータに供給するように構成されている。
　特許文献２は、交流電力制御として位相制御及びサイクル制御があり、それらを切り替えて使用することで互いの欠点を解消する方法を開示している。
特開２００９－７４１４８号公報 実開昭６３－１２２８１８号公報
　本開示のヒータ制御装置は、
　基体と、
　前記基体に配置された発熱体と、
　前記発熱体に供給される交流電力を制御する電力制御器と、を備え、
　前記電力制御器は、位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた第一制御方式によって前記電力を制御し、
　前記位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と前記交流電圧波形のゼロクロス点との間である通過時間において前記スイッチング素子に電流を通過させ、
　前記サイクリック制御方式は、前記交流電圧波形の半周期毎に、前記スイッチング素子を通過した前記電流の出力の可否を制御し、
　前記通過時間は、前記電力制御器が検出する前記ゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定したカットオフ時間以上である。
　本開示の電力制御方法は、
　負荷に供給される交流電力を制御する電力制御方法であって、
　位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた第一制御方式によって前記交流電力を制御し、
　前記位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と前記交流電圧波形のゼロクロス点との間である通過時間において前記スイッチング素子に電流を通過させ、
　前記サイクリック制御方式は、前記交流電圧波形の半周期毎に、前記スイッチング素子を通過した前記電流の出力の可否を制御し、
　前記通過時間は、前記ゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定したカットオフ時間以上である。
図１は、実施形態１のヒータ制御装置の機能ブロック図である。 図２は、発熱体の配置領域を示す基体の平面図である。 図３は、基体内における発熱体の配置を示す縦断面図である。 図４は、通常の位相制御方式と第一制御方式との違いを説明する説明図である。 図５は、実施形態１において第二電力を出力するまでの処理手順を示すフローチャートである。 図６は、実施形態１において第二温度を出力するまでの処理手順を示すフローチャートである。 図７は、実施形態１における発熱体の温度プロファイルの一例を示すグラフである。 図８は、温度保持時における発熱体の温度プロファイルの一例を示すグラフである。 図９は、図８における処理状態での温度プロファイルの一例を拡大して示すグラフである。 図１０は、実施形態２に係るヒータ制御装置の機能ブロック図である。 図１１は、実施形態２において第二電力を出力するまでの処理手順を示すフローチャートである。 図１２は、変形例１において、発熱体の配置領域を示す基体の平面図である。 図１３は、変形例１において、発熱体の配置領域を示す基体の縦断面図である。 図１４は、変形例２に係るヒータ制御装置の機能ブロック図である。 図１５は、変形例３に係るヒータ制御装置の機能ブロック図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　成膜装置では、半導体ウエハの温度が所望の温度となるように、載置台に設けられたヒータに供給される電力を非常に細かい精度で制御することが求められている。つまり、電力制御の分解能が高く、小電力の制御が必要である。しかし、位相制御ではゼロクロス点の検出変動によって小電力の制御は困難である。
　本開示は、発熱体の電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能なヒータ制御装置を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、負荷の電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能な電力制御方法を提供することを目的の一つとする。
　［本開示の効果］
　本開示のヒータ制御装置は、発熱体に供給される電力を細かく制御できる。本開示の電力変換方法は、負荷に供給される電力を細かく制御できる。
　《本開示の実施形態の説明》
　以下、本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の一態様のヒータ制御装置は、
　基体と、
　前記基体に配置された発熱体と、
　前記発熱体に供給される交流電力を制御する電力制御器と、を備え、
　前記電力制御器は、位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた第一制御方式によって前記電力を制御し、
　前記位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と前記交流電圧波形のゼロクロス点との間である通過時間において前記スイッチング素子に電流を通過させ、
　前記サイクリック制御方式は、前記交流電圧波形の半周期毎に、前記スイッチング素子を通過した前記電流の出力の可否を制御し、
　前記通過時間は、前記電力制御器が検出する前記ゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定したカットオフ時間以上である。
　第一制御方式は、位相制御方式のみの場合に比較して、詳しくは後述するようにゼロクロス点が変動しても、操作量ＭＶを時間平均値として実効的に小さくできる。そのため、第一制御方式は、位相制御方式のみの場合に比較して、発熱体に小電力を供給できる。よって、上記ヒータ制御装置は、発熱体の電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能なので、ウエハを所望の温度に制御し易い。
　（２）上記ヒータ制御装置の一形態として、
　前記サイクリック制御方式は、Ｎ回の半周期数のうちＭ回の出力割合で電流の出力を行い、
　前記発熱体に供給される前記交流電力は、前記位相制御方式における前記通過時間と、前記出力割合とで決まる電力であってもよい。
　上記形態は、発熱体の電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能である。
　（３）上記ヒータ制御装置の一形態として、
　前記電力制御器は、前記カットオフ時間よりも短い時間に相当する電力を前記発熱体に供給する場合に前記第一制御方式を行ってもよい。
　上記形態は、電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能であるため、ウエハを所望の温度により一層制御し易い。
　（４）上記ヒータ制御装置の一形態として、
　前記トリガ信号の時間幅が前記通過時間よりも短くてもよい。
　上記形態は、上記電流を出力する時間が上記トリガ信号の時間幅よりも長いものの、電力を細かく制御できる。
　（５）上記ヒータ制御装置の一形態として、
　前記基体は、円板状の形状を有し、
　前記発熱体は、
　　前記基体の中心を含む領域に配置された第一発熱体と、
　　前記第一発熱体と同心状に配置された一つ以上の第二発熱体と、を有し、
　前記電力制御器は、前記第一発熱体に供給される第一電力を制御する第一電力制御器を有し、
　前記第一電力制御器が前記第一制御方式によって前記第一電力を制御してもよい。
　上記形態は、第一発熱体に供給される第一電力が第一制御方式によって制御されることで、通常の位相制御方式のみによって電力を制御する場合に比較して、第一電力を細かく制御できる。
　（６）上記（５）のヒータ制御装置の一形態として、
　前記一つ以上の第二発熱体に供給される電流を測定する一つ以上の電流センサと、
　前記第二発熱体の温度を求める演算器と、を備え、
　前記電力制御器は、前記第二発熱体に供給される第二電力を制御する第二電力制御器を有し、
　前記第二電力制御器は、前記第一電力に対して予め設定された比率となるように前記第二電力を前記第一制御方式により制御し、
　前記演算器は、前記電流センサの測定値に基づいて前記第二発熱体の温度を演算してもよい。
　上記形態は、第二発熱体の温度が電流センサの測定値に基づいて演算器により求められる。そのため、第二発熱体又は第二発熱体が配置されるゾーンの温度を検知する温度センサがなくても第二発熱体の温度を把握できる。第二発熱体に供給される第二電力は、第一電力に対して予め設定された比率となるように制御される。上記形態は、第二電力が第一制御方式によって制御されることで、通常の位相制御方式のみによって電力を制御する場合に比較して、第二発熱体の温度を細かく制御することができる。その結果、第二発熱体の温度も高精度に把握することができる。
　（７）本開示の一態様の電力制御方法は、
　負荷に供給される交流電力を制御する電力制御方法であって、
　位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた第一制御方式によって前記交流電力を制御し、
　前記位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と前記交流電圧波形のゼロクロス点との間である通過時間において前記スイッチング素子に電流を通過させ、
　前記サイクリック制御方式は、前記交流電圧波形の半周期毎に、前記スイッチング素子を通過した前記電流の出力の可否を制御し、
　前記通過時間は、前記ゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定したカットオフ時間以上である。
　第一制御方式は、位相制御方式のみの場合に比較して、操作量ＭＶを時間平均値として実効的に小さくできる。そのため、上記電力制御方法は、位相制御方式のみの場合に比較して、負荷に小電力を供給できる。よって、上記電力制御方法は、負荷の電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能なので、負荷を所望の温度に制御し易い。
　《本開示の実施形態の詳細》
　本開示の実施形態のヒータ制御装置の詳細を以下に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法関係等を表すものではない。
　《実施形態１》
　〔ヒータ制御装置〕
　図１から図４を参照して、実施形態１のヒータ制御装置１を説明する。このヒータ制御装置１は、ウエハの表面に薄膜を形成する成膜装置に利用できる。成膜装置は、雰囲気ガスの制御ができるチャンバー内にヒータ制御装置１のうち基体１０及び支持体２０が配置されている。チャンバーの図示は省略する。図１において、各発熱体３０は基体１０の周方向の一部に配置されていない箇所があるが、実際の装置では基体１０の全体に満遍なく発熱体３０が配置されている。
　　［全体構成］
　図１に示すように、本例のヒータ制御装置１は、基体１０と、支持体２０と、複数の発熱体３０と、温度センサ４０と、電流センサ５０と、制御器６０とを備える。基体１０は、図３に示すように、加熱対象Ｗが載置される第一面１０ａと、第一面１０ａに向かい合う第二面１０ｂとを備える。以下の説明では、基体１０の第一面１０ａ側を「上」とし、第二面１０ｂ側を「下」ということがある。支持体２０は、基体１０の下方に取り付けられている。複数の発熱体３０は、図１及び図３に示すように、基体１０の内部に配置されている。本例の複数の発熱体３０は、一つの第一発熱体３１と一つ以上の第二発熱体３２とを備える。本例では、説明の便宜上、一つの第二発熱体３２を備える場合を例として説明する。温度センサ４０は第一発熱体３１の温度を検知する。電流センサ５０は、第一発熱体３１に流れる第一電流を測定する第一電流センサ５１と、第二発熱体３２に流れる第二電流を測定する第二電流センサ５２とを備える。制御器６０は、主に第一発熱体３１及び第二発熱体３２に供給される電力を制御する。実施形態１のヒータ制御装置１の特徴の一つは、発熱体３０に供給される電力を制御する特定の電力制御器６３を有する点にある。以下、各構成をより詳しく説明する。
　　［基体］
　本例の基体１０は、円板状の形状を有する。基体１０は、第一面１０ａと第二面１０ｂとを備える。第一面１０ａと第二面１０ｂとは互いに向かい合っている。第一面１０ａには、図３に示す加熱対象Ｗが載置される。加熱対象Ｗは、例えば、シリコン又は化合物半導体等のウエハである。第二面１０ｂには、後述する支持体２０が取り付けられている。第二面１０ｂには、図３に示す複数の端子３０ｔが嵌め込まれる複数の穴が設けられている。
　本例の基体１０は、図２に示すように、同心状に複数の領域に区切られている。基体１０は、内側領域１０ｉと外側領域１０ｅとに区切られている。内側領域１０ｉは、基体１０の中心を中心とした円形状の領域である。基体１０の中心とは、基体１０を第一面１０ａ側から平面視した基体１０の輪郭で構成された円の中心のことである。内側領域１０ｉの直径は、例えば、基体１０の直径の８０％以下である。内側領域１０ｉの直径が基体１０の直径の８０％以下であることで、第一発熱体３１の外側に一つ以上の第二発熱体３２を配置可能な面積を確保できる。内側領域１０ｉの直径は、更に、基体１０の直径の５０％以下である。内側領域１０ｉの直径は、例えば、基体１０の直径の１０％以上である。第一発熱体３１の直径が基体１０の直径の１０％以上であることで、基体１０の中心に第一発熱体３１を配置可能な面積を確保できる。即ち、内側領域１０ｉの直径は、基体１０の直径の１０％以上８０％以下、１０％以上５０％以下である。外側領域１０ｅは、内側領域１０ｉの外側に位置する環状の領域である。複数の領域に対応して、後述する複数の発熱体３０が配置されている。
　基体１０の材質は、例えば、公知のセラミックスである。セラミックスは、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素である。基体１０の材質は、上記セラミックスと金属との複合材料で構成されていてもよい。金属は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金である。本例の基体１０の材質は、セラミックスである。
　　［支持体］
　支持体２０は、図１及び図３に示すように、基体１０を第二面１０ｂ側から支持している。支持体２０は、ヒータ制御装置１を第一面１０ａ側から平面視したときに図３に示す複数の端子３０ｔを囲むように第二面１０ｂに取り付けられている。支持体２０の形状は、特に限定されない。本例の支持体２０は、円筒状部材である。支持体２０は、基体１０と同心状に配置されている。本例では、円筒状の支持体２０の中心と、円板状の基体１０の中心とが同軸となるように、基体１０と支持体２０とが接続されている。
　支持体２０の上端部は、図３に示すように、外側に屈曲したフランジ部２１を備える。本例では、上端部のフランジ部２１と第二面１０ｂとの間には、図示しないシール部材が配置されている。上記シール部材によって、支持体２０の内部はシールされている。本例とは異なり、上記シール部材を用いずに気密を保つために、フランジ部２１と第二面１０ｂとが接合されていてもよい。基体１０及び支持体２０が配置されるチャンバー内には、代表的には、腐食性ガスが充満される。支持体２０の内部の気密が保たれることで、支持体２０の内部に収納された複数の端子３０ｔや複数の電力線３０ｃ等を腐食性ガスから隔離することができる。
　支持体２０の材質は、基体１０の材質と同様に、公知のセラミックスである。支持体２０の材質と基体１０の材質とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　　［第一発熱体及び第二発熱体］
　一つの第一発熱体３１と一つ以上の第二発熱体３２とは、基体１０を介して加熱対象Ｗを加熱する熱源である。第一発熱体３１は、図１及び図３に示すように基体１０の中心を含む円形状の領域、即ち図２に示す内側領域１０ｉに配置されている。一つ以上の第二発熱体３２は、図１及び図３に示すように基体１０及び第一発熱体３１と同心状に配置されている。一つ以上の第二発熱体３２は、基体１０の中心と同心状の環状の領域、即ち図２に示す外側領域１０ｅに配置されている。第一発熱体３１と一つ以上の第二発熱体３２とは、基体１０の厚さ方向に互いに間隔をあけて層状に配置されている。第二発熱体３２が複数設けられている場合、個々の第二発熱体３２も基体１０の厚さ方向に間隔をあけて層状に配置されている。第一発熱体３１及び一つ以上の第二発熱体３２の各々は、図３に示す端子３０ｔを介して電力線３０ｃにつながっている。電力線３０ｃを介して第一発熱体３１及び一つ以上の第二発熱体３２の各々には図示しない交流電源から電力が供給される。本例では第二発熱体３２は一つである。後述する変形例１で示すように、第二発熱体３２は複数設けられていてもよい。
　第一発熱体３１及び第二発熱体３２の形状は、特に限定されない。基体１０を第一面１０ａ側から平面視したとき、第一発熱体３１及び第二発熱体３２の外周輪郭線の形状は、一般的には円形である。第一発熱体３１及び第二発熱体３２は、基体１０及び支持体２０と同心状に配置されている。第一発熱体３１と第二発熱体３２とは互いに同心状に配置されている。ここでの同心状とは、ヒータ制御装置１を第一面１０ａ側から平面視したとき、第一発熱体３１と第二発熱体３２の各々の包絡円が共通する中心を有し、かつ各包絡円の直径が異なることを言う。各包絡円の中心は、基体１０の中心と一致する。第二発熱体３２の包絡円の直径は、第一発熱体３１の包絡円の直径よりも大きい。基体１０を第一面１０ａ側から平面視したとき、第一発熱体３１と第二発熱体３２は、上記の各包絡円の径方向に部分的に重なって配置されていてもよいし、重なることなく間隔をあけて配置されていてもよい。本明細書において、中心側とは包絡円の中心側のこと、外側とは中心から包絡円の径方向に離れる側のことを言う。
　第一発熱体３１及び第二発熱体３２は、図１及び図３に示すように、基体１０の内部に配置されている。第一発熱体３１は、基体１０の厚さ方向で最も第一面１０ａ側に位置する第一層に配置されている。第一発熱体３１が上記第一層に配置されていることで、第一発熱体３１と第二面１０ｂとの間の長さを長く確保できる。また、第一発熱体３１が上記第一層に配置されていることで、第一発熱体３１が上記第一層以外の層に配置されている場合に比較して、第二発熱体３２に接続された端子３０ｔの位置の影響を受け難く、第一発熱体３１を配置し易い。第二発熱体３２は、第一発熱体３１よりも第二面１０ｂ側に配置されている。
　各発熱体３０の材質は、加熱対象Ｗを所望の温度に加熱できる材質であれば特に限定されない。各発熱体３０の材質は、抵抗加熱に好適な公知の金属である。金属は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、銀、銀合金、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、クロム、及びクロム合金からなる群より選択される１種である。ニッケル合金は、例えば、ニクロムである。
　各発熱体３０は、例えば、スクリーン印刷法とホットプレス接合法とを組み合わせて製造できる。本例の場合、以下の手順で製造できる。３枚のセラミックス基板と、各発熱体３０を転写できるスクリーンマスクとを用意する。スクリーンマスクは、第一発熱体３１、第二発熱体３２の各回路パターンを作製可能なものを用いる。２枚のセラミックス基板の各々に、作製する回路パターンのスクリーンマスクを置く。発熱体３０となるペーストをスクリーンマスクが載せられたセラミックス基板に塗布する。スキージを使用して発熱体３０をセラミックス基板に転写する。発熱体３０の転写後、スクリーンマスクを除去する。以上により、第一発熱体３１が転写された第一基板と、第二発熱体３２が転写された第二基板とが得られる。第一基板、第二基板、及び発熱体を転写していないセラミックス基板を順に貼り合わせてホットプレスで接合する。この接合によって、基体１０の内部に各発熱体３０が配置される。
　　［温度センサ］
　温度センサ４０は、第一発熱体３１の第一温度を測定するセンサである。温度センサ４０は、市販の熱電対や測温抵抗体が好適に利用できる。測温抵抗体は、例えば、白金測温抵抗体であるＰＴ１００である。
　温度センサ４０の配置箇所は、基体１０の内部である。本例では、基体１０の内部のうち、基体１０を平面視したとき、支持体２０の内周面よりも内側の領域に温度センサ４０が配置されている。つまり、支持体２０を軸方向に見た場合、支持体２０の内周面の輪郭線よりも内側に温度センサ４０が位置されている。特に、温度センサ４０は、第一発熱体３１の近傍に配置されていることが好ましい。第一発熱体３１の近傍に設置した温度センサ４０で測定される温度は、第一発熱体３１自体の温度ではなく、第一発熱体３１が配置される基体１０の内側領域１０ｉの温度である。但し、内側領域１０ｉの温度も第一発熱体３１の第一温度とみなす。
　　［電流センサ］
　電流センサ５０は、発熱体３０に流れる電流を測定するセンサである。本例では、電流センサ５０は、第一電流センサ５１と第二電流センサ５２とを備える。第一電流センサ５１は、第一発熱体３１に流れる第一電流を検知する。第二電流センサ５２は、第二発熱体３２に流れる第二電流を検知する。第二発熱体３２が複数ある場合、第二電流センサ５２は、各第二発熱体３２に設けられる。第一電流センサ５１は第一発熱体３１につながる電力線３０ｃに設けられている。第二電流センサ５２は第二発熱体３２につながる電力線３０ｃに設けられている。電流センサ５０は、市販のＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔａｎｓｍｉｔｔｅｒ）で代表されるセンサが利用できる。本例において、第一電流又は第二電流は、第一発熱体３１又は第二発熱体３２に流れる電流の実効値を所定時間内に平均化して電気的雑音を除去した値としている。
　　［制御器］
　制御器６０は、ヒータ制御装置１の動作に必要な各部の制御を行う。制御器６０は、第一温度調節器６１と、電力制御器６３と、演算器６５と、メモリ６６とを備える。制御器６０は、代表的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　Ｕｎｉｔ）またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）等を含むプロセッサによって実現される。代表的には、プロセッサは、バスと、バスに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、入出力Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を含む。プロセッサの数は、制御器６０に一つ以上備えれられていればよく、複数備えられていてもよい。本例の電力制御器６３は、第一電力制御器６３１と第二電力制御器６３２とを有する。メモリ６６には、後述する制御手順をプロセッサに実行させるためのプログラムが格納されている。プロセッサは、メモリ６６に格納されたプログラムを読み出して実行する。プログラムは、第一温度調節器６１、第一電力制御器６３１、第二電力制御器６３２、及び演算器６５での処理に関するプログラムコードを含む。
　　　（第一温度調節器）
　第一温度調節器６１は、上記第一温度が目標温度に近づくように第一制御信号を出力する。第一温度調節器６１での制御には、ＰＩＤ制御が利用できる。ＰＩＤ制御は、フィードバック制御の一種であり、入力値の制御を出力値と目標値との偏差（Ｐ）、その積分（Ｉ）、および微分（Ｄ）の３つの動作によって行う制御方法である。偏差に応じた操作量を出力する比例動作によりハンチングの小さい滑らかな温度制御が行える。積分動作でオフセットを自動的に修正できる。微分動作で外乱に対する応答を速くすることができる。
　目標温度はユーザにより設定された温度である。第一温度調節器６１は、目標温度と第一発熱体３１の現在温度、即ち第一温度を元にＰＩＤ演算を行って、第一制御信号を第一電力制御器６３１に出力する。
　　　（第一電力制御器）
　第一電力制御器６３１は、第一制御信号に応じて第一発熱体３１に供給される交流電力である第一電力を制御する。第一制御信号が入力された第一電力制御器６３１は、第一制御信号に対応した第一電力を第一発熱体３１に供給する。第一電力の制御は、第一制御方式により行われる。第一制御方式とは、位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた制御方式である。
　位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と交流電圧波形のゼロクロス点である時刻との間である通過時間において、スイッチング素子に電流を通過させるように制御する方式である。より具体的な一例として、位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力されるタイミングに応じて点弧角を制御することによって、導通角を変化させて交流電圧波形のゼロクロス点まで電流を通過させるように制御する方式である。
　スイッチング素子の具体例は、サイリスタ又はトライアックである。トライアックは、２個のサイリスタを逆並列に接続した素子である。トライアックは、１つのゲートの開閉で交流の双方向の電流を制御できるので効率が良い。トリガ信号とは、一定の時間幅の信号である。トリガ信号の時間幅は上記通過時間よりも短い。トリガ信号の具体例は、ゲート信号である。点弧角とは、スイッチング素子がオフされている時間である。導通角とは、スイッチング素子がオンされている時間である。ゼロクロス点は、検出器６４によってを検出される。検出器６４は、第一電力制御器６３１に備わる。検出器６４の具体例は、フォトカプラであってもよいし、フォトカプラを使用しないＡＣ電圧ゼロクロス検知ＩＣであってもよい。ＡＣ電圧ゼロクロス検知ＩＣは、例えばＲＯＨＭ社のＢＭ１ＺｘｘｘＦＪシリーズである。ＡＣ電圧ゼロクロス検知ＩＣを用いることで、ゼロクロス検知の精度が高まる等の利点がある。
　上記通過時間は、スイッチング素子がオンになっている時間であって、実際に電流が流れている時間ｔＭＶである。上記通過時間は、カットオフ時間以上である。カットオフ時間とは、後述するように検出器６４によって検出されるゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定した時間である。ゼロクロス点の変動幅は、ヒータ制御装置１の使用環境に応じて変わる。そのため、カットオフ時間は、ヒータ制御装置１の使用環境に応じて適宜設定できる。ゼロクロス点の変動幅は、上記使用環境によるものの、例えば±３Ｈｚに相当する時間幅以下である。例えば、周波数が６０Ｈｚのときの周波数の変動幅が±３Ｈｚである場合、ゼロクロス点の変動幅は、５７Ｈｚの半周期の時間と６０Ｈｚの半周期の時間との差の絶対値と、６３Ｈｚの半周期の時間と６０Ｈｚの半周期の時間との差の絶対値との合計値であり、０．８３５ｍｓｅｃである。この場合、カットオフ時間は０．８３５ｍｓｅｃとする。即ち、周波数が６０Ｈｚであり、ゼロクロス点の変動幅の上限が±３Ｈｚに相当する時間幅であるとすれば、カットオフ時間は０．８３５ｍｓｅｃ以下である。
　位相制御時の出力モードは、電圧比例自乗制御である。電圧比例自乗制御は、ゲートの開き具合に対応する操作量ＭＶ（％）に対して出力電圧の実効値Ｖｒｍｓの自乗が比例するモードである。図４の操作位相角θ（ｄｅｇ）が１８０ｄｅｇのとき、操作位相角θ（％）は１００％とする。操作量ＭＶ（％）と操作位相角θ（％）とは、ＭＶ＝θ／１００－（１／２π）ｓｉｎ（２θπ／１００）の関係にある。
　サイクリック制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、スイッチング素子を通過した電流の出力の可否を制御する方式である。具体的な一例は、サイクリック制御方式は、ゼロクロス点において、ゲートをオン又はオフすることによって、電力の出力の可否を制御する方式である。つまり、サイクリック制御方式は、Ｎ回の半周期数のうちＭ回の出力割合で電流の出力を行う。Ｎは、平均電圧として制御対象に許容される時定数と制御の分解能を考慮して定められる。Ｎは、例えば５以上１２００以下の整数であり、更に５以上１２０以下の整数、特に１０以上３０以下の整数である。Ｍは、１以上Ｎ未満の整数である。
　第一電力とは、位相制御方式における上記通過時間とサイクリック制御方式における上記出力割合とで決まる電力である。第一電力は、第一電流と第一電圧との積により演算される。第一電流は、上述したように第一電流センサ５１の測定値である。第一電圧は、第一発熱体３１に印加される電圧である。具体的には、第一電力は、第一電圧の二乗を抵抗で除することにより演算される。より具体的には、第一電力は、後述するトランス８０の一次側である電源の電圧の二乗を抵抗で除した値と操作量ＭＶ（％）との積により演算される。この演算は、後述する演算器６５により求められる。
　特に、第一制御方式による第一電力の制御は、上記カットオフ時間よりも短い時間に相当する第一電力を第一発熱体３１に供給する場合に行われると効果的である。制御の目的とする通過時間がカットオフ時間よりも短い場合には後述するように誤作動が生じ易い。カットオフ時間よりも短い時間に相当する電力を発熱体に供給する場合に第一制御方式を用いると、小電力の制御に特に有効である。電力制御器６３の構成によっては、カットオフ時間以上の時間に対応する制御では位相制御方式のみを用いてもよい。本形態においては、電力の制御は常に第一制御方式によって行われる。
　第一制御方式を説明する前に、図４の上段図に基づいて、通常の位相制御方式を説明する。その次に、図４の下段図に基づいて、第一制御方式を説明する。図４の上段図及び下段図は、交流電源からの供給電圧の波形を正弦波として示している。図４における正弦波のうち、ハッチングで示される領域の電流が出力される。
　図４の上段図に示す通常の位相制御方式では、各半周期の所定の時刻に時間幅ｔｗのゲート信号がトライアックのゲートに入力されると、ゲートが開く。ゲートが開くことで、トライアックがオンになり電流が流れる。時間幅ｔｗは、一定である。時間幅ｔｗのゲート信号が入力された後、ゲート信号はオフになる。ゲート信号がオフになっても、トライアックはオンのままであり電流は流れ続ける。トライアックが電圧ゼロを感知すると、トライアックは自動的にオフになり電流は流れなくなる。各半周期において、トライアックがオンになっている時間が、実際に電流が流れている時間ｔＭＶ（ｍｓｅｃ）である。ゲート信号を与えるタイミングにより、トライアックは所定の範囲で所望の電流を出力できる。ゲート信号を与えるタイミングが次のゼロクロス点を検出する時刻に近い地点であるほど、出力される電流が小さくなり、次のゼロクロス点を検出する時刻から遠い地点であるほど、出力される電流が大きくなる。
　ゲート信号がオンになってから時間幅ｔｗの経過前に検出器６４がゼロクロス点を検出した場合、つまり、０＜ｔＭＶ＜ｔｗの場合、時間幅ｔｗの間、ゲート信号をオンし続けていると、ゼロクロス点を超えて、再びトライアックがオンになる場合がある。したがって、ゼロクロス点を検出した時には、ゲート信号をオフにする。しかし、電圧波形が歪んでいる等によってゼロクロス点が検出されない場合がある。この場合、実際のゼロクロス点を超えてしまうと、トライアックが再びオンになり、半周期分の時間にわたって電流が流れ続けるという誤動作が生じる。
　そこで、次のゼロクロス点となる予定時刻に強制的にゲート信号をオフにすることで、上記誤動作が生じることを防止することも考えられる。次のゼロクロス点となる予定時刻とは、例えば６０Ｈｚの場合、現ゼロクロス点の約８．３３ｍｓｅｃ後である。しかし、次のゼロクロス点の実際の時刻は、予定時刻よりも前の時刻になったり後の時刻になったりする。ゼロクロス点の時刻が変動する理由は、周波数が乱れる場合と、電圧波形が外乱によって変形する場合とがあるからである。時間ｔＭＶが小さい時に、次のゼロクロス点の実際の時刻が予定時刻よりも早く来た場合、上記誤動作が生じ易い。そこで、位相制御方式において制御の目的とする時間ｔＭＶは、実用上の最小の時間ｔＭＶが存在する。この最小の時間ｔＭＶに相当する時間を考慮して予め定める時間がカットオフ時間である。つまり、操作量ＭＶが最小の時間ｔＭＶに相当する値よりも小さくなる時には、ゲート信号をオンにしない工夫が必要である。カットオフ時間は、制御対象となる交流電力の周波数ゆらぎに基づいて定めてもよい。また、カットオフ時間は、実際にヒータ制御装置１が制御対象とする交流電圧波形を実測してゼロクロス点の変動幅を求めることで定めてもよい。
　図４の下段図に基づいて、第一制御方式を説明する。第一制御方式の位相制御方式は、図４の上段図に基づいて上述した通常の位相制御方式の通りである。第一制御方式の位相制御方式において、半周期毎にゲート信号が入力される時刻は、「時刻ｔ０＋半周期（ｍｓｅｃ）－時間ｔＭＶ」の時刻である。時刻ｔ０とは、検出器６４によってゼロクロス点が検知された時刻である。ゲート信号の時間幅ｔｗは、時間ｔＭＶよりも短くしている。サイクリック制御方式は、上述したように、トライアックに通過された半周期毎の電流の出力の可否を制御する。
　図４の下段図では、説明の便宜上、５周期分の波形を示している。ここでは、５周期を１単位として説明する。なお、１単位あたりの周期の数は適宜設定できる。第一制御方式は、１単位あたりの周期の数と、サイクリック制御方式によって１単位あたりに電流の出力を許可する数とによって、操作量ＭＶを調整できる。
　図４の下段図に示す第一制御方式では、トライアックに通過された１０個の半周期の電流のうち、サイクリック制御方式によって、８個の半周期の電流の出力が許可され、２個の半周期の電流の出力が拒否されている。これに対し、図４の上段図に示す通常の位相制御方式では、１０個の半周期の各々において電流が出力されている。即ち、図４の下段図に示す第一制御方式の操作量ＭＶは、図４の上段図に示す通常の位相制御方式の操作量ＭＶの８／１０倍である。半周期単位における時間ｔＭＶを通常の位相制御方式から変えなくても、第一制御方式における操作量ＭＶは、通常の位相制御方式における最小の操作量ＭＶの８／１０倍となる。よって、第一制御方式は、通常の位相制御方式のみよりも、操作量ＭＶを小さくできる。
　図示は省略しているものの、第一制御方式は、例えば、サイクリック制御方式によって、トライアックに通過された１０個の半周期の電流のうち、１個の半周期の電流の出力を許可し、９個の半周期の電流の出力を拒否してもよい。この場合、操作量ＭＶは、通常の位相制御方式のみの場合の１／１０倍にできる。そのため、電力制御の分解能は、通常の位相制御方式のみの場合の１０倍に高めることができる。例えば６０Ｈｚの交流電力、つまり１秒間に６０サイクルの交流電力の制御を考える場合、１２０個の半周期を一単位として扱うことで、通常の位相制御方式における最小の操作量ＭＶの１／１２０の細かさで制御することが可能である。
　第一電力制御器６３１は、第一制御方式のみを用いてもよい。又は、第一電力制御器６３１は、操作量ＭＶを通常の位相制御方式のみの操作量ＭＶよりも小さくするときにのみ第一制御方式を用い、操作量ＭＶを通常の位相制御方式のみの操作量ＭＶよりも大きくするときに通常の位相制御方式又は通常のサイクリック制御方式を用いてもよい。
　第一制御方式は、通常の位相制御方式のみの場合に比較して、ゼロクロス点が変動しても、操作量ＭＶを時間平均値として実効的に小さくできる。そのため、第一発熱体３１に供給される第一電力が第一制御方式によって制御されることで、通常の位相制御方式のみによって電力を制御する場合に比較して、第一制御方式は第一発熱体３１に小さな第一電力を供給できる。よって、第一制御方式は、第一発熱体３１の電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能なので、ウエハを所望の温度に制御し易い。
　　　（第二電力制御器）
　第二電力制御器６３２は、第二発熱体３２に供給される交流電力である第二電力を制御する。より具体的には、第二電力制御器６３２は、第一電力に対して予め設定された比率となるように第二電力を制御する。電力比率による制御は、電流比率による制御に比べて各発熱体３０の自己発熱による抵抗値の変化の影響を受けにくい。そのため、第二発熱体３２の温度を正確に把握できる。この比率は、ユーザが予め設定する比率である。例えば、第一電力：第二電力が１．０：０．８となるように比率が設定される。第二発熱体３２が複数ある場合、個々の第二発熱体３２の第二電力も第一電力に対して予め設定された比率となるように制御される。例えば、第二発熱体３２が２つある場合、第一電力：第二電力Ａ：第二電力Ｂ＝１．０：０．８：０．６とする。第二電力Ａは、２つの第二発熱体３２のうち、一方の第二発熱体３２に供給される第二電力である。第二電力Ｂは、２つの第二発熱体３２のうち、もう一方の第二発熱体３２に供給される第二電力である。
　発熱体３０の昇温、温度保持、降温の一連の温度プロファイルにおいて、異なる比率を設定することができる。通常、この比率は、昇温時、温度保持時、及び降温時の各段階で異なる。昇温時及び降温時は、各段階の開始から終了までの間において、温度域によって比率が異なってもよい。例えば、室温から４００℃までの間は第一電力：第二電力を１．０：０．８とし、４００℃から４５０℃までの間は第一電力：第二電力を１．０：０．９とする。同じ電力比率で昇温して高温になると、発熱体３０がセンターホットになり過ぎて、自身の面内温度分布の内外差による熱応力で破損する可能性がある。そのため、高温で第二電力の比率を上げることが好ましい。
　第二電力の制御も、第一電力の制御と同様に、第一制御方式、即ち位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた制御方式により行われる。上述したように、第一制御方式は、通常の位相制御方式のみの場合に比較して、操作量ＭＶを小さくできる。そのため、第二発熱体３２に供給される第二電力が第一制御方式によって制御されることで、第一電力と同様、第二発熱体３２に小さな第二電力を供給できる。よって、第二発熱体３２の電力制御の分解能が高く、小電力の制御が可能なので、ウエハを所望の温度に制御し易い。第二電力は第二電流と第二電圧との積により求められる。第二電流は、第二電流センサ５２の測定値である。第二電圧は、第二発熱体３２に印加される電圧である。この演算は次述する演算器６５で行われる。
　　　（演算器）
　演算器６５は、制御器６０で必要な各種演算を行う。上述したように、第一電力及び第二電力の演算はいずれも演算器６５で行われる。さらに、演算器６５は第二発熱体３２の温度である第二温度の演算も行う。そのため、第二発熱体３２の温度又は第二発熱体３２に対応するゾーンの温度を検知する温度センサがなくても、第二発熱体３２の温度を把握できる。
　第二発熱体３２の第二温度は、第二発熱体３２の抵抗と、予め求められた第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を示す係数とを用いて求められる。つまり、第二温度は、温度センサを用いて測定された値ではなく、第一発熱体３１に供給される電力に基づいて演算された値である。第二発熱体３２の抵抗は、第二発熱体３２の第二電圧を第二発熱体３２に流れる第二電流で除することにより求められる。係数は、後述する予備試験により予め求めておく。この係数は、第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を示す関係式も含む。係数は、メモリ６６に記憶されている。予め第二発熱体３２の抵抗と温度との関係が既知であれば、第二発熱体３２の抵抗が求められると、この抵抗を上記関係と参照することで、第二発熱体３２の第二温度を演算して求めることができる。
　　　（メモリ）
　メモリ６６は、プログラムを記憶するメモリとして、各種不揮発性メモリが好適に利用できる。また、メモリ６６は、一連の演算に必要な値を一時的に記憶する揮発性メモリを含んでいてもよい。
　　［その他の構成部材］
　その他の部材として、ヒータ制御装置１は外部出力装置７０及びトランス８０を備える。
　外部出力装置７０は、上記のように求められた第二発熱体３２の第二温度を出力する機器である。外部出力装置７０は、例えば、第二温度を文字で表示したり、第二温度の経時変化をグラフで表示したりするディスプレイである。他の外部出力装置７０は、第二温度に所定の処理を施した処理結果を出力する機器であってもよい。この処理結果を示す機器は、例えば警報装置である。警報装置は、例えば第二温度が設定された所定の範囲から外れた場合に警報を出す装置である。警報は、ユーザに第二温度の異常を知らせることができるものであれば特に限定されない。具体的な警報の種類は、ディスプレイへの文字表示、ランプの点灯、ブザーの鳴動である。さらに他の外部出力装置７０は、図示しない通信機器である。この通信機器は、遠隔地のユーザが持つ外部装置との通信を行う。例えば、第二温度の情報を通信機器で外部装置へ送ったり、上記警報を通信機器でフラグの状態変化として外部装置に伝えたりすることができる。この情報の伝送により、遠隔地のユーザは第二温度や警報を認知できる。
　トランス８０は、図示しない電源と制御器６０とを電磁気的に結合して、第一発熱体３１及び第二発熱体３２への電力を供給するための部材である。トランス８０の一次側である電源側と、トランス８０の二次側である制御器６０側とは、電気的には接続されることがなく互いに絶縁されている。電源と制御器６０とが絶縁されていることで、各発熱体３０に対する電力を制御し易い。本例では、二次側の電力線３０ｃを第一発熱体３１と第二発熱体３２の各々に分岐させることで発熱体３０の各々に電力供給を行っている。即ち、第一発熱体３１と第二発熱体３２とは互いに電気的に絶縁されていない。第一発熱体３１と第二発熱体３２とが絶縁されていないことで、両発熱体３０を絶縁する場合に比べてトランス８０の数を削減できる。
　さらに、その他の部材として、ヒータ制御装置１は図示していない入力部を備えていてもよい。入力部は、ユーザが設定する各種条件を入力するためのデバイスである。各種条件には、第二電力を規定するために第一電力に対して予め設定された比率が含まれる。入力部には、例えばテンキー、キーボード、タッチパネル等の公知の入力機器が利用できる。入力部から入力された各種条件は、メモリ６６に記憶される。
　　［処理手順］
　図５、図６に基づいて、上記ヒータ制御装置１の処理手順を説明する。各構成部材については図１を参照する。
　まず、図５に基づいて、第一電力を第一発熱体３１に出力し、第二電力を第二発熱体３２に出力するまでの処理手順を説明する。ステップＳ１において、温度センサ４０から第一温度を取得し、さらに第一電流センサ５１から第一電流を取得する。ステップＳ２では、第一温度が目標温度に近づくように第一温度調節器６１が第一制御信号を出力する。ステップＳ３では第一電力制御器６３１は第一制御信号に対応した第一電力を第一発熱体３１に出力する。そして、ステップＳ４では、演算器６５で第二電力を演算し、さらに第二電力を第二電力制御器６３２から第二発熱体３２に出力する。このステップＳ１からステップＳ４の一連の処理は、ヒータ制御装置１を駆動している間、一定間隔で繰り返して行われる。
　次に、図６に基づいて、第二温度を求めて出力するまでの処理手順を説明する。ステップＳ１１では、第二電流センサ５２により第二電流を取得する。ステップＳ１２では、演算器６５により、第二電流と第二電圧とから第二発熱体３２の抵抗である第二抵抗を演算する。ステップＳ１３では、演算された第二抵抗と、予め求められた第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を示す係数とを用いて、演算器６５により第二温度を演算する。ステップＳ１４では、求められた第二温度を外部出力装置７０に出力する。
　　［予備試験］
　予備試験は、第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を示す係数を予め求めるための試験である。予備試験は、昇温時及び降温時と、温度保持時とで異なる手法により行うことが好適である。つまり、昇温時及び降温時と、温度保持時とで異なる係数を用いることが好適である。
　この係数を求めるための手法を説明する前に、昇温から降温に至るまでの温度プロファイルを図７に基づいて説明する。図７は、本例のヒータ制御装置１における第一発熱体３１の温度の経時変化を示すグラフである。
　まず、昇温過程では、室温から所定の保持温度まで、ほぼ一定の割合で発熱体３０の温度が上昇する。この昇温過程の昇温速度は、発熱体３０が損傷しないような速度が選択される。
　温度保持過程では、ほぼ一定の温度に発熱体３０の温度が保持される。温度保持過程には、基体１０上にウエハを載せていない状態であるアイドル状態と、基体１０上にウエハを載せて、そのウエハに成膜を行う状態である処理状態とが含まれる。アイドル状態では、成膜装置におけるガスの出入りや上述した各発熱体３０に供給する電力の制御に伴って、ごく微細な温度変動が生じている。図７のグラフでは、アイドル状態を水平に延びる直線で示しているが、実際には後述するように、ごく僅かに温度変動が生じている。一方、処理状態では、基体１０上にウエハを出し入れして複数枚のウエハに順次成膜を行っていくため、アイドル状態に比べてより大きな温度変動が生じている。処理状態での温度変化は、図７において、アイドル状態の直線に続く波線で示している。
　降温時は、保持温度から室温まで、ほぼ一定の割合で発熱体３０の温度が下降する。この降温過程の降温速度は、発熱体３０が損傷しないような速度が選択される。
　以上の温度プロファイルにおいて、まず昇温時と降温時の係数の求め方を説明し、その後で温度保持時の係数の求め方を説明する。
　　　（昇温時及び降温時）
　昇温時及び降温時では、温度保持時に比べて単位時間当たりの温度変化量が大きい。この昇温時及び降温時、ウエハへの成膜処理は行われない。この場合、室温から保持温度までの温度域又は保持温度から室温までの温度域をより狭い温度域ごとに区切り、区切られた各温度域ごとに第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を求める。例えば、５０℃から１００℃の範囲を有する区切られた温度域ごとに第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を求める。より具体的には、昇温時であれば、５０℃以上１００℃以下の第一温度域、１００℃以上２００℃以下の第二温度域、２００℃以上３００℃以下の第三温度域、３００℃以上４００℃以下の第四温度域、及び４００℃以上保持温度以下の第五温度域の各々について第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を求める。保持温度の一例は４５０℃である。例えば、第一温度域においては、５０℃と１００℃の二点における抵抗と温度との関係を求める。ここで、二点の測定点、即ち低温側の抵抗Ｒ（Ｔ１）における第二発熱体３２の温度Ｔ１と、高温側の抵抗Ｒ（Ｔ２）における第二発熱体３２の温度Ｔ２とは、比例の関係式で表される。この関係式を用いれば、抵抗Ｒの第二発熱体３２の温度Ｔは次式で求められる。
　Ｔ＝｛（Ｔ２－Ｔ１）／（Ｒ（Ｔ２）－Ｒ（Ｔ１））｝×（Ｒ－Ｒ（Ｔ１））＋Ｔ１
　但し、Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２、Ｒ（Ｔ１）≦Ｒ≦Ｒ（Ｔ２）である。
　降温時も昇温時と同様の考え方により、第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を求めておけばよい。このように、昇温時、降温時の各々の各過程で、室温から保持温度までの間の温度域又は保持温度から室温までの間の温度域をより小さな温度域に区分けする。そして、区分けされた狭い範囲の温度域ごとに第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を求めておく。そうすれば、区分けされた温度域ごとに異なる係数を用いることができる。そのため、より高精度に第二発熱体３２の温度を求めることができる。
　これに対し、例えば、抵抗Ｒ（Ｔｒ）における第二発熱体３２の温度、即ち室温Ｔｒと、抵抗Ｒ（Ｔｋ）における第二発熱体３２の保持温度Ｔｋも比例の関係式で表される。この関係式を用いれば、抵抗Ｒの第二発熱体３２の温度Ｔは、次式で求められる。
　Ｔ＝｛（Ｔｋ－Ｔｒ）／（Ｒ（Ｔｋ）－Ｒ（Ｔｒ））｝×（Ｒ－Ｒ（Ｔｒ））＋Ｔｒ
　但し、Ｔｒ≦Ｔ≦Ｔｋ、Ｒ（Ｔｒ）≦Ｒ≦Ｒ（Ｔｋ）である。
　この場合、室温と保持温度との二点から求めた第二発熱体３２の抵抗と温度との関係式では、その中間の温度での抵抗値はその二点間の線形補間では表せない。そのため、精度よく第二発熱体３２の温度を求めることは難しい。
　　　（温度保持時）
　温度保持時は、昇温時や降温時に比べて単位時間当たりの温度変化の割合はごく僅かである。よって、温度保持時は、昇温時や降温時よりも狭い温度帯域における第二発熱体３２の抵抗と温度との関係を求めることが好ましい。温度保持過程には、上述したように加熱対象Ｗのないアイドル状態と加熱対象Ｗのある処理状態の２つの温度プロファイルが含まれる。この温度プロファイルを図８に基づいて説明する。
　図８は、第一発熱体の温度と第二発熱体の温度の経時変化を示すグラフである。第一発熱体３１の温度は、第一電流と第一電圧とから求めた第一発熱体３１の抵抗と上記係数とに基づいて求めた温度である。第二発熱体３２の温度は、第二電流と第二電圧とから求めた第二発熱体３２の抵抗と上記係数とに基づいて求めた温度である。このグラフでは、さらに温度センサ４０の測定値の経時変化も併せて示している。いずれのグラフも互いに線が重なっている。さらにこのグラフでは、アイドル状態の過程をＣａｓｅ１とし、処理状態の過程をＣａｓｅ２として示している。このグラフに示すように、アイドル状態では、成膜装置のチャンバー内にガスの出入りが行われ、第一温度調節器６１による温度制御の結果、ごく僅かの温度の上下動が認められる。これに対し、処理状態では、チャンバー内にウエハを出し入れするため、アイドル状態に比べてより大きな温度の上下動が認められる。図８のグラフは複数の線が重なって示されるため、例えば複数の線が重なって示されたアイドル状態における温度の振れ幅は大きく見える。しかし、個々のグラフの線の振れ幅はもっと小さい。特に、個々のグラフの振れ幅は、処理状態よりもアイドル状態の方が明確に小さい。このような温度保持過程においては、処理状態での温度プロファイルに基づいて係数を求める方法と、アイドル状態での温度プロファイルに基づいて係数を求める方法とがある。以下、それぞれを順に説明する。
　　　　〈方法Ａ（処理状態：加熱対象あり）〉
　まず、処理状態の所定時間内における温度センサ４０の測定値の経時変化から、最大温度Ｔｍａｘの時点における各発熱体３０の抵抗値Ｒｍａｘ、及び最小温度Ｔｍｉｎの時点における各発熱体３０の抵抗値Ｒｍｉｎを確認する。所定時間は、５００秒から１０００秒程度の範囲から選択する。本例での所定時間は６００秒である。この所定時間内に１枚のウエハに成膜が行われる。図９は、図８の処理状態における温度変化の一部を拡大して示したものである。最小温度Ｔｍｉｎは、成膜処理済みのウエハが取り出され、今から成膜処理を行う現ウエハが基体１０上に載置されるまでの間のバレー温度である。最大温度Ｔｍａｘは現ウエハに対して成膜処理が行われている間のピーク温度である。図９では、最小温度Ｔｍｉｎが４４９．４℃、最大温度Ｔｍａｘが４５０．３℃であることを示している。各発熱体３０の抵抗値Ｒｍａｘ及び抵抗値Ｒｍｉｎは、上記各時点における第一電圧を第一電流で除した値、又は上記各時点における第二電圧を第二電流で除した値である。これら最大温度Ｔｍａｘ、抵抗値Ｒｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎ、及び抵抗値Ｒｍｉｎを用いて各発熱体３０の温度と抵抗値の関係式を求める。この関係式は、昇温時及び降温時で示した関係式と同様の考え方により求められる。
　方法Ａでは、ウエハの処理状態における抵抗値Ｒｍａｘと最大温度Ｔｍａｘ並びに最小温度Ｔｍｉｎと抵抗値Ｒｍｉｎに基づいて関係式を求めるため、その関係式を用いて得られる第二発熱体３２の温度は高精度に把握することができる。
　予備試験を上記方法Ａにより発熱体３０の抵抗と温度の関係を求めれば、実際の成膜を模擬した状態での温度プロファイルに基づいて上記関係が求められるため、高い精度で第二発熱体３２の温度を把握することができる。
　　　　〈方法Ｂ（処理状態：加熱対象あり）〉
　まず、処理状態の所定時間内における各発熱体３０の抵抗値の経時変化から、所定時間内の平均抵抗Ｒａｖｅを求める。所定時間は、例えば５０００秒から１００００秒程度の範囲から適宜選択する。本例では所定時間は８０００秒である。この所定時間内には、１０枚以上のウエハに成膜が行われている。次に、所定時間内の各発熱体３０の抵抗の変化率ΔＲ／Ｒを予め設定しておく。最初に所定時間内の最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎを求めておき、さらに最大抵抗Ｒｍａｘと最小抵抗Ｒｍｉｎとの差分ΔＲ、及び差分ΔＲの平均抵抗Ｒａｖｅに対する比率ΔＲ／Ｒａｖｅを求める。この比率ΔＲ／Ｒａｖｅを変化率ΔＲ／Ｒとする。例えば、ここでは変化率ΔＲ／Ｒを０．０２とする。一方、温度センサ４０の測定値についても同様に、所定時間内の平均温度Ｔａｖｅを求める。また、所定時間内における温度変化量ΔＴを予め設定しておく。温度変化量ΔＴも最初に所定時間内の最大温度Ｔｍａｘと最小温度Ｔｍｉｎとの差分を温度変化量ΔＴとして求めておく。例えば、ここでは温度変化量ΔＴは０．８８℃とする。比率ΔＲ／Ｒと温度変化量ΔＴは、保持温度が大きく変わらなければ、発熱体３０ごとにほぼ一定と考えられる。保持温度が大きく変わらないとは、例えば保持温度の変化量が１００℃以下であることを言う。
　次回以降の成膜においては、各発熱体３０の平均抵抗Ｒａｖｅと平均温度Ｔａｖｅとを求めればよい。つまり、次回以降における最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎ、最大温度Ｔｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎは、次のように求める。
　ΔＲ＝Ｒａｖｅ×０．０２
　最大抵抗Ｒｍａｘ＝Ｒａｖｅ＋ΔＲ／２
　最小抵抗Ｒｍｉｎ＝Ｒａｖｅ－ΔＲ／２
　最大温度Ｔｍａｘ＝Ｔａｖｅ＋ΔＴ／２
　最小温度Ｔｍｉｎ＝Ｔａｖｅ－ΔＴ／２
　このように、１回目の成膜前には、事前に最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎ、最大温度Ｔｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎを求める必要がある。しかし、２回目以降の成膜時には、既知である抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び温度変化量ΔＴを用いて最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎ、最大温度Ｔｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎを求めることができる。これらの各パラメータが求められれば、その発熱体３０の抵抗と温度の相関関係を求めることができる。
　　　　〈方法Ｃ（アイドル状態：加熱対象なし）〉
　まず、アイドル状態の所定時間内における各発熱体３０の抵抗値の経時変化から、所定時間内の平均抵抗Ｒａｖｅを求める。所定時間は、例えば５０００秒から１００００秒程度の範囲から適宜選択する。本例では所定時間は１００００秒である。次に、所定時間内の各発熱体３０の抵抗の変化率ΔＲ／Ｒを予め設定しておく。最初に所定時間内の最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎを求めておき、さらに最大抵抗Ｒｍａｘと最小抵抗Ｒｍｉｎとの差分ΔＲ、及び差分ΔＲの平均抵抗Ｒａｖｅに対する比率ΔＲ／Ｒａｖｅを求める。このΔＲ／Ｒａｖｅを抵抗変化率ΔＲ／Ｒとする。例えば、ここでは変化率ΔＲ／Ｒを０．０２とする。一方、温度センサ４０の測定値についても同様に、所定時間内の平均温度Ｔａｖｅを求める。また、所定時間内における温度変化量ΔＴを予め設定しておく。温度変化量ΔＴも最初に所定時間内の最大温度Ｔｍａｘと最小温度Ｔｍｉｎとの差分を温度変化量ΔＴとして求めておく。例えば、ここでは温度変化量ΔＴは０．８８℃とする。比率ΔＲ／Ｒと温度変化量ΔＴは、保持温度が大きく変わらなければ、発熱体３０ごとにほぼ一定と考えられる。保持温度が大きく変わらないとは、例えば保持温度の変化量が１００℃以下であることを言う。
　次回以降の成膜においては、各発熱体３０の平均抵抗Ｒａｖｅと平均温度Ｔａｖｅとを求めればよい。つまり、次回以降における最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎ、最大温度Ｔｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎは、次のように求める。
　ΔＲ＝Ｒａｖｅ×０．０２
　最大抵抗Ｒｍａｘ＝Ｒａｖｅ＋ΔＲ／２
　最小抵抗Ｒｍｉｎ＝Ｒａｖｅ－ΔＲ／２
　最大温度Ｔｍａｘ＝Ｔａｖｅ＋ΔＴ／２
　最小温度Ｔｍｉｎ＝Ｔａｖｅ－ΔＴ／２
　このように、１回目の成膜前には、事前に最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎ、最大温度Ｔｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎを求める必要がある。しかし、２回目以降の成膜時には、既知である抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び温度変化量ΔＴを用いて最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎ、最大温度Ｔｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎを求めることができる。しかも、アイドル状態で加熱対象Ｗのない場合において取得した係数に基づいて第二発熱体３２の温度を求められるため、係数を求めるのに際し、ウエハを用意する必要もない。これらの各パラメータが求められれば、その発熱体３０の抵抗と温度の相関関係を求めることができる。
　温度保持時、その過程での最大温度と最小温度という微細な温度域に応じた係数を用いることで、正確に第二発熱体３２の温度を求めることができる。
　予備試験時、基体１０上にウエハを載せない状態で係数を求めることで、ウエハを用意する必要がない。また、予備試験時に、ウエハを成膜して係数を求める場合に比べて、ウエハの浪費を削減できる。
　予備試験を上記方法Ｂ及び方法Ｃにより発熱体３０の抵抗と温度の関係を求めれば、２回目以降のヒータ制御装置１の運転時、実際に最大抵抗Ｒｍａｘ、最小抵抗Ｒｍｉｎ、最大温度Ｔｍａｘ、最小温度Ｔｍｉｎを測定する必要がない。そのため、より簡便に第二発熱体３２の温度を求めることができる。
　《実施形態２》
　〔ヒータ制御装置〕
　図１０を参照して、実施形態２のヒータ制御装置１を説明する。実施形態１では、第二発熱体３２の温度である第二温度を把握したり、第二温度が異常な温度となることを監視したりできるヒータ制御装置１を説明した。これに対し、実施形態２では、上述した比率を変えることにより第二電力を制御することで、第二発熱体３２の温度を制御することができるヒータ制御装置１を説明する。以下の説明は、主に実施形態１との相違点について行う。実施形態１との共通点の説明は省略する。
　実施形態２のヒータ制御装置１は、実施形態１の構成に加え、さらに第二温度調節器６２を備えている。第二温度調節器６２は、第二温度が目標温度に近づくように、上記比率を調整するための第二制御信号を出力する。この比率を調整するための制御もＰＩＤ制御を利用することができる。第二制御信号に応じて、第二電力制御器６３２は、第二電力を求めるための比率を調整する。上記比率が第一電力：第二電力＝１．０：０．８であったが、第二温度が目標温度よりも低い場合、第二電力を上げる必要がある。その場合、例えば、第一電力：第二電力＝１．０：０．８１に変更する。逆に第二温度が目標温度よりも高い場合、第二電力を下げる必要がある。その場合、例えば、第一電力：第二電力＝１．０：０．７９に変更する。この比率の変動幅は適宜設定できるが、変更前の第二電力の比率の５％以内程度とすることが好ましい。上記の例であれば、変更前の第二電力の比率は０．８なので、変更後の第二電力の比率は０．７６から０．８４までの間で変更する。この比率の変動幅を逸脱するような電力の変動が起こった場合は、図示しない警報装置によってユーザに警報を発する。この警報により、ユーザは異常を検知して適宜対処することが可能となる。
　実施形態２における処理手順を図１１に基づいて説明する。この処理手順は、図５のステップＳ３に続いて行われる。ステップＳ２１では、第二温度調節器６２により、第二温度が目標温度に近づくように、上記比率を調整するための第二制御信号を出力する。ステップＳ２２では、演算器６５により、調整された比率に応じた第二電力を演算する。そして、第二電力が第二電力制御器６３２より第二発熱体３２に出力される。
　実施形態２のヒータ制御装置１は、第二発熱体３２の第二温度を外部出力装置７０に表示したりするだけでなく、第二発熱体３２を温度制御することができる。
　《実施形態３》
　〔ヒータ制御装置〕
　実施形態３では、第二温度と第一温度との差が可及的にゼロになるように、第二電力を求めるための比率を制御する。実施形態３のヒータ制御装置の構成は図１０で説明した実施形態２のヒータ制御装置１の構成と同じである。実施形態２では、温度センサ４０で測定した温度Ｔｓを第一発熱体３１自体の温度Ｔｈとみなして第一温度としている。つまり、厳密には第一発熱体３１の温度Ｔｈは温度センサ４０で測定される温度Ｔｓとは異なる。これは、温度Ｔｓには、第一発熱体３１自身の発熱による温度上昇分が過渡的に含まれるためである。
　より精密に各発熱体３０の温度分布を制御するためには、第一温度及び第二温度には、発熱体３０の自己発熱による微小な温度上昇分が含まれることを考慮する必要がある。そこで、第二温度と第一温度との差を第一面１０ａ内の温度分布の差とみなす。また、厳密には、第一温度と第二温度はそれぞれ異なる目標温度がある。上記温度分布の差が第二温度と第一温度のそれぞれの目標温度の差になるように上記比率を調整して第二電力を制御することで、さらに精密な各発熱体３０の温度制御が可能になる。実施形態２と同様に、この比率の変動幅を逸脱するような電力の変動が起こった場合は、図示しない警報装置によってユーザに警報を発する。この警報により、ユーザは異常を検知して適宜対処することが可能となる。
　《変形例１》
　〔ヒータ制御装置〕
　図１２及び図１３を参照して、変形例１のヒータ制御装置１を説明する。変形例１は実施形態１から実施形態３のいずれにおいても適用できる構成である。変形例１では、基体１０において独立して温度制御されるゾーンが６つある。つまり、基体１０には、基体１０の中央部に位置する円形の内側領域１０ｉ、内側領域１０ｉの外側に位置する中間領域１０ｍ、中間領域１０ｍの外側に位置する外側領域１０ｅが設けられている。さらに、変形例１では外側領域１０ｅが基体１０の周方向に分割されている。分割された外側領域１０ｅに設けられる第二発熱体３２の数は複数であればよい。本例での分割数は４つである。外側領域１０ｅの各ゾーンは環状の領域を４等分した扇形のゾーンである。内側領域１０ｉには第一発熱体３１が、中間領域１０ｍには一つの第二発熱体３２が、外側領域１０ｅには４つの第二発熱体３２が設けられている。４等分された外側領域１０ｅの各ゾーンの各々に第二発熱体３２が配置されている。各発熱体３０は供給される電力を独立して制御できる。そして、各々の発熱体３０につながる各電力線３０ｃに図示しない電流センサが設けられている。
　変形例１のヒータ制御装置１は、第二電力制御器６３２を用いることで、実施形態１や実施形態２よりも多くの発熱体３０を用いて基体１０の均熱化を実現できる。
　《変形例２》
　〔ヒータ制御装置〕
　図１４を参照して、変形例２のヒータ制御装置１を説明する。変形例２は実施形態１の変形例であり、第一発熱体３１と第二発熱体３２とを絶縁した構成である。
　図１４に示すように、変形例２では、第一発熱体３１と電源との間及び第二発熱体３２と電源との間にそれぞれ第一トランス８１と第二トランス８２とが設けられている。つまり、第一トランス８１と第二トランス８２の一次側は電源から分岐された電力線につながっている。一方、第一トランス８１と第二トランス８２の二次側は互いに独立した電力線３０ｃにつながっている。そのため、第一発熱体３１と第二発熱体３２とは互いに絶縁されている。
　変形例２のヒータ制御装置１は、実施形態１と同様の効果に加え、第一発熱体３１と第二発熱体３２とをより確実に絶縁することができる。
　《変形例３》
　〔ヒータ制御装置〕
　図１５を参照して、変形例３のヒータ制御装置１を説明する。変形例３は実施形態２又は実施形態３の変形例であり、第一発熱体３１と第二発熱体３２とを絶縁した構成である。
　図１５に示すように、変形例３では、第一発熱体３１と電源との間及び第二発熱体３２と電源との間にそれぞれ第一トランス８１と第二トランス８２とが設けられている。つまり、第一トランス８１と第二トランス８２の一次側は電源から分岐された電力線につながっている。一方、第一トランス８１と第二トランス８２の二次側は互いに独立した電力線３０ｃにつながっている。そのため、第一発熱体３１と第二発熱体３２とは互いに絶縁されている。
　変形例３のヒータ制御装置１は、実施形態２又は実施形態３と同様の効果に加え、第一発熱体３１と第二発熱体３２とをより確実に絶縁することができる。
　本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、第一制御方式は、逆位相制御方式にサイクリック制御方式を組み合わせた制御方式であってもよい。逆位相制御方式は、トリガ信号がスイッチング素子に入力されるタイミングを制御することで、交流電圧波形の半周期毎にスイッチング素子に通過された電流を遮断させるように制御する方式である。サイクリック制御方式は、スイッチング素子に通過された半周期毎の電流の出力の可否を制御する方式である。
　《実施例》
　上述した第一制御方式と通常の位相制御方式とによる電力制御能力の違いを説明する。
　本例では、６０Ｈｚの交流電圧波形において、１単位当たりの半周期数を１５とした例を説明する。ゼロクロス点の変動幅を±３Ｈｚに相当する時間に設定する。即ち、カットオフ時間を±３Ｈｚに相当する時間とする。具体的なカットオフ時間は、５７Ｈｚの半周期の時間と６０Ｈｚの半周期の時間との差の絶対値と、６３Ｈｚの半周期の時間と６０Ｈｚの半周期の時間との差の絶対値との合計値である。本例のカットオフ時間は０．８３５ｍｓｅｃとする。このカットオフ時間に相当する操作量ＭＶが０．６４９％であるため、トライアックの最小の設定操作量ＭＶは０．６５％とする。即ち、設定操作量ＭＶを０．６５％以上にすることはできるものの０．６５％未満とすることはできない。
　通常の位相制御方式では、設定操作量ＭＶと設定操作量ＭＶのときに作成される想定操作量ＭＶとは互いに同じ値となる。ここでの想定操作量ＭＶとは、第一制御方式によって実際に出力される電力となる。通常の位相制御方式では、トライアックを通過した１５個の半周期の電流が全て出力されるからである。即ち、通常の位相制御方式では、例えば設定操作量ＭＶを０．６５％とすれば、想定操作量ＭＶは０．６５％となる。上述したように設定操作量ＭＶを０．６５％未満にできないため、通常の位相制御方式のみでは想定操作量ＭＶを０．６５％未満にできない。想定操作量ＭＶが０．６５％のときに出力される想定電力を３０Ｗとすると、通常の位相制御方式では想定電力を３０Ｗ未満にできない。
　一方、第一制御方式では、設定操作量ＭＶと想定操作量ＭＶとを互いに異ならせることもできる。第一制御方式では、上述したように設定操作量ＭＶを０．６５％未満にはできないものの、通常の位相制御方式とは異なり、表１に示すように想定操作量ＭＶを０．６５％未満にもできる。表１には、想定操作量ＭＶを０．６５％から０．０５％まで０．０１％単位で変えられる例を示している。第一制御方式では、表１に示すように、想定電力を３０Ｗ未満にもできる。表１には、想定電力を３０Ｗから２．３Ｗまで０．５Ｗ又は０．４Ｗ単位で変えられる例を示している。例えば、表１に示すように、設定操作量ＭＶを０．６９％とし、トライアックを通過した１５個の半周期の電流のうち、サイクリック制御方式によって１４個の半周期の電流の出力を許可すれば、想定操作量ＭＶを０．６４％（＝０．６９×（１４／１５））とすることができる。想定操作量ＭＶが０．６４％のときの想定電力は、２９．５Ｗ（＝３０×（０．６４／０．６５））である。このように、位相制御方式による設定操作量ＭＶとサイクリック制御方式による出力の制御の組み合わせによって、所望の電力を高分解能で出力することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　このように、第一制御方式によれば、カットオフ時間を±３Ｈｚに相当する時間とすることで、上述した誤動作が生じることなく、かつ想定操作量ＭＶの分解能を高めることができ、小電力の制御ができた。なお、ヒータ制御装置１において第一制御方式であっても、±４Ｈｚに相当する周波数変動を与えた場合には、上述した誤動作が生じた。
　１　ヒータ制御装置
　１０　基体、１０ａ　第一面、１０ｂ　第二面
　１０ｉ　内側領域、１０ｍ　中間領域、１０ｅ　外側領域
　２０　支持体、２１　フランジ部
　３０　発熱体、３１　第一発熱体、３２　第二発熱体
　３０ｔ　端子、３０ｃ　電力線
　４０　温度センサ
　５０　電流センサ、５１　第一電流センサ、５２　第二電流センサ
　６０　制御器
　６１　第一温度調節器、６２　第二温度調節器、６３　電力制御器
　６３１　第一電力制御器、６３２　第二電力制御器
　６４　検出器、６５　演算器、６６　メモリ
　７０　外部出力装置
　８０　トランス、８１　第一トランス、８２　第二トランス
　Ｗ　加熱対象
　ｔｗ　時間幅、ｔＭＶ　時間、θ　操作位相角

Claims (7)

  1. 　基体と、
    　前記基体に配置された発熱体と、
    　前記発熱体に供給される交流電力を制御する電力制御器と、を備え、
    　前記電力制御器は、位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた第一制御方式によって前記電力を制御し、
    　前記位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と前記交流電圧波形のゼロクロス点との間である通過時間において前記スイッチング素子に電流を通過させ、
    　前記サイクリック制御方式は、前記交流電圧波形の半周期毎に、前記スイッチング素子を通過した前記電流の出力の可否を制御し、
    　前記通過時間は、前記電力制御器が検出する前記ゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定したカットオフ時間以上である、
    ヒータ制御装置。
  2. 　前記サイクリック制御方式は、Ｎ回の半周期数のうちＭ回の出力割合で電流の出力を行い、
    　前記発熱体に供給される前記交流電力は、前記位相制御方式における前記通過時間と、前記出力割合とで決まる電力である、請求項１に記載のヒータ制御装置。
  3. 　前記電力制御器は、前記カットオフ時間よりも短い時間に相当する電力を前記発熱体に供給する場合に前記第一制御方式を行う、請求項１又は請求項２に記載のヒータ制御装置。
  4. 　前記トリガ信号の時間幅が前記通過時間よりも短い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒータ制御装置。
  5. 　前記基体は、円板状の形状を有し、
    　前記発熱体は、
    　　前記基体の中心を含む領域に配置された第一発熱体と、
    　　前記第一発熱体と同心状に配置された一つ以上の第二発熱体と、を有し、
    　前記電力制御器は、前記第一発熱体に供給される第一電力を制御する第一電力制御器を有し、
    　前記第一電力制御器が前記第一制御方式によって前記第一電力を制御する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒータ制御装置。
  6. 　前記一つ以上の第二発熱体に供給される電流を測定する一つ以上の電流センサと、
    　前記第二発熱体の温度を求める演算器と、を備え、
    　前記電力制御器は、前記第二発熱体に供給される第二電力を制御する第二電力制御器を有し、
    　前記第二電力制御器は、前記第一電力に対して予め設定された比率となるように前記第二電力を前記第一制御方式により制御し、
    　前記演算器は、前記電流センサの測定値に基づいて前記第二発熱体の温度を演算する、
    請求項５に記載のヒータ制御装置。
  7. 　負荷に供給される交流電力を制御する電力制御方法であって、
    　位相制御方式にサイクリック制御方式が組み合わされた第一制御方式によって前記交流電力を制御し、
    　前記位相制御方式は、交流電圧波形の半周期毎に、トリガ信号がスイッチング素子に入力される時刻と前記交流電圧波形のゼロクロス点との間である通過時間において前記スイッチング素子に電流を通過させ、
    　前記サイクリック制御方式は、前記交流電圧波形の半周期毎に、前記スイッチング素子を通過した前記電流の出力の可否を制御し、
    　前記通過時間は、前記ゼロクロス点の変動幅に対応して予め設定したカットオフ時間以上である、
    電力制御方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07324756A (ja) * 1994-05-31 1995-12-12 Toshiba Corp 加熱器
JP2000268939A (ja) * 1999-03-17 2000-09-29 Canon Inc ヒータ装置、及びこれを備えた熱定着装置
JP2003123941A (ja) * 2001-10-11 2003-04-25 Canon Inc ヒータ制御方法および画像形成装置
JP2004194477A (ja) * 2002-12-13 2004-07-08 Omron Corp 電力制御装置および電力制御方法
JP2010097854A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Ulvac Japan Ltd 加熱真空処理方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4298228B2 (ja) 2002-06-10 2009-07-15 キヤノン株式会社 加熱装置
JP5141155B2 (ja) 2007-09-21 2013-02-13 東京エレクトロン株式会社 成膜装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07324756A (ja) * 1994-05-31 1995-12-12 Toshiba Corp 加熱器
JP2000268939A (ja) * 1999-03-17 2000-09-29 Canon Inc ヒータ装置、及びこれを備えた熱定着装置
JP2003123941A (ja) * 2001-10-11 2003-04-25 Canon Inc ヒータ制御方法および画像形成装置
JP2004194477A (ja) * 2002-12-13 2004-07-08 Omron Corp 電力制御装置および電力制御方法
JP2010097854A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Ulvac Japan Ltd 加熱真空処理方法

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