(57)【要約】【課題】短い時間で高温まで昇温させる加熱処理を行う場合であっても、被加熱体の温度を、リアルタイムで十分に高い精度で推定することができる、低コストな温度推定方法および装置を提供することを目的とする。【解決手段】時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、それぞれ異なる複数のモデルが予め記憶されており、被加熱体とともに加熱処理または冷却処理される、被加熱体と離間して配置された温度センサによる温度計測値を取得し、温度計測値の変化に対する被加熱体の温度変化を表すモデルと、取得したセンサによる計測値と、を用いて、現在の被加熱体温度の推定値を導出する際、温度計測値が取得された時点に対応する時間領域に応じたモデルを用い、被加熱体温度の推定値を求める。【選択図】図１
2008249641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された時系列温度条件に応じて被加熱体を加熱処理または冷却処理して前記被加熱体の温度を調整している最中、前記被加熱体の温度の推定値を求める方法であって、
前記被加熱体とともに前記加熱処理または前記冷却処理される、前記被加熱体と離間して配置された温度センサによる温度計測値を取得するステップと、
前記温度計測値の変化に対する前記被加熱体の温度変化を表す、記憶手段に予め記憶されたモデルと、前記取得するステップで取得した前記センサによる計測値と、を用いて、現在の前記被加熱体温度の推定値を導出するステップと、を有し、
前記記憶手段には、前記時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、それぞれ異なる複数の前記モデルが予め記憶されており、前記導出するステップでは、前記温度計測値が取得された時点に対応する前記時間領域に応じた前記モデルを用い、前記被加熱体温度の推定値を求めることを特徴とする温度推定方法。
【請求項２】
前記モデルは、前記温度計測値が変化した際、前記被加熱体の温度が時間遅れをもって変化する関係を表したモデルであることを特徴とする請求項１記載の温度推定方法。
【請求項３】
前記モデルは、前記温度計測値の温度変化と前記被加熱体の温度変化との関係を、１次遅れ系として表したモデルであることを特徴とする請求項２記載の温度推定方法。
【請求項４】
前記モデルは、時間ｔを変数として前記温度計測値の温度をｕ（ｔ）で表し、時間ｔを変数として前記被加熱体の温度をｙ（ｔ）で表したとき、下記式（１）で表されるモデルであり、
前記記憶手段には、それぞれ異なる複数の前記モデルとして、下記式（１）に示す定数Ｋおよび定数Ｔがそれぞれ異なる値に設定された複数の前記モデルが予め記憶されていることを特徴とする請求項３記載の温度推定方法。
Ｔ・ｄｙ（ｔ）／ｄｔ＋ｙ（ｔ）＝Ｋ・ｕ（ｔ）
【請求項５】
前記時系列温度条件は、温度条件の時系列変化の態様に応じて、前記複数の時間領域に区分されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の温度推定方法。
【請求項６】
前記記憶手段には、それぞれ異なる時系列温度条件に応じた複数のモデルが予め記憶されており、
前記導出するステップでは、前記記憶手段に予め記憶された複数の前記モデルのうち、前記被加熱体の温度を調節するための前記時系列温度条件に応じたモデルに、前記センサによる計測値を入力して前記推定値を導出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の温度推定方法。
【請求項７】
前記記憶手段には、それぞれ異なる時系列温度条件に応じた複数のモデルが予め記憶されており、
前記導出するステップでは、前記記憶手段に予め記憶されたモデルに基いて、前記被加熱体の温度を調節するための前記時系列温度条件に応じたモデルを新たに求め、求めたモデルに前記センサによる計測値を入力して前記推定値を導出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の温度推定方法。
【請求項８】
前記温度センサは、
前記被加熱体とともに前記加熱処理または前記冷却処理される、前記被加熱体と離間して配置された温度計測用ダミー部材に直接接触して、前記温度計測用ダミー部材における接触位置の温度を計測することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の温度推定方法。
【請求項９】
予め設定された時系列温度条件に応じて被加熱体を加熱処理または冷却処理して前記被加熱体の温度を調整している最中、前記被加熱体の温度の推定値を求める装置であって、
前記被加熱体とともに前記加熱処理または前記冷却処理される、前記被加熱体と離間して配置された温度センサと、
前記温度センサによる温度計測値を取得する温度計測値取得部と、
前記温度計測値の変化に対する前記被加熱体の温度変化を表すモデルが予め記憶された記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記モデルと、前記取得するステップで取得した前記センサによる計測値と、を用いて、現在の前記被加熱体温度の推定値を導出する推定値導出部と、を有し、
前記記憶手段には、前記時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、それぞれ異なる複数の前記モデルが予め記憶されており、前記導出部では、前記温度計測値が取得された時点に対応する前記時間領域に応じた前記モデルを用い、前記被加熱体温度の推定値を求めることを特徴とする温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め設定された時系列温度条件に応じて加熱処理または冷却処理される被加熱体の温度を推定する温度推定方法、および、温度推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）の製造プロセスにおける、ガラス基板上にシリコン多結晶トランジスタを形成する技術は、近年、高機能化と微細化、処理対象基板の大型化がますます求められており、基板を加熱処理するための加熱プロセスについても、ますます高性能化が求められている。特に、高温かつ低コンタミを必要とする加熱プロセスでは、トランジスタ特性、特にしきい値電圧特性を直接左右する重要なプロセスとなっている。
【０００３】
この製造プロセスでは、歪み点が６５０℃前後という熱に弱いガラス基板を、６００〜７００℃の高温に加熱する必要がある。熱によるダメージを最小としながら、ガラス基板を高温まで加熱するには、ガラス基板の現在温度を非常に高い精度で制御しながら、このガラス基板を高温に加熱することができる加熱装置が必要である。従来提案されている加熱装置は、対象基板一枚ごとに加熱処理を行う枚葉式装置と、複数枚同時に加熱処理するバッチ式装置に分けることができ、加熱方式としては、枚葉式装置についてはランプ加熱方式と抵抗加熱方式、バッチ式装置については抵抗加熱方式が用いられてきた。
【０００４】
ランプ加熱方式では、発光波長の吸収係数の違いから、ガラス基板上の温度均一性に課題があり、抵抗加熱方式では、熱源の熱容量を小さくすることが困難なため、急速昇降温の性能に限界があった。このような事情に鑑み、本願特許出願人は、下記非特許文献１および２に示すように、高速昇降温特性、温度均一性、基板ダメージ抑制特性に優れた加熱処理システムとして、ゾーンコントロール誘導加熱システム（Ｚｏｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を提案している。このゾーンコントロール誘導加熱システムは、誘導加熱方式の優れた高速昇降温特性を活かし、さらに複数の誘導加熱コイルを独立で制御することにより、加熱対象物の温度均一性を確保するシステムである。下記非特許文献１および２では、このようなゾーンコントロール誘導加熱システムをＦＰＤ用ガラス基板の加熱プロセスに応用することで、高速昇降温特性、温度均一性、基板ダメージ抑制特性に優れた高品質な基板加熱が可能になると記載されている。
【非特許文献１】尾崎  康、外３名、「誘導加熱方式による高速高精度ＦＰＤアニール装置の開発」、三井造船技報、Ｎｏ１８６、２００５年１０月、Ｐ２４−３１
【非特許文献２】坪川  仁、外３名、「ゾーンコントロール誘導加熱を用いた第４世代対応ＦＰＤ用高速加熱処理装置の開発」、三井造船技報、Ｎｏ１８９、２００６年１０月、Ｐ１７−２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１記載の、ゾーンコントロール誘導加熱システムを用いた加熱処理装置では、加熱炉に、被加熱対象であるガラス基板の近傍温度を計測する熱電対と、加熱部材であるグラファイト近傍温度を計測する熱電対とが備えられている。非特許文献１では、熱電対にて計測した炉内温度に応じて、誘導加熱のための高周波電流を調整すると記載されている。この際、熱電対で計測した基板近傍温度を対象基板の温度とみなし、熱電対で計測したグラファイト近傍温度をグラファイト温度とみなして、高周波電流を制御すると記載されている。しかし、熱電対で計測した基板近傍温度は対象基板とは相違しており、現在の基板温度を高精度に計測することはできない。実際、非特許文献１では、温度制御結果を詳細に確認するために、実際の処理対象基板に熱電対の接点を直接接触させて、基板温度を計測している。実際のＦＰＤ用製品基板では、製品の品質確保のため、熱電対の接点を直接接触させて加熱処理を行うことはできない。非特許文献１では、実際のＦＰＤ用ガラス基板を、特に短い時間で高温まで昇温させる加熱処理を行う場合、このガラス基板の温度を、リアルタイムで十分に高い精度で計測することはできていない。
【０００６】
また、上記非特許文献２記載の、ゾーンコントロール誘導加熱システムを用いた加熱処理装置でも、加熱炉に、炉内温度をリアルタイムに計測する熱電対が備えられている。そして、計測した炉内温度と、基板の実際の温度との相関から誘導加熱のための高周波電流を調整すると記載されている。例えば、モデル化したプロセスチャンバー内の温度変化に対する必要な出力を高速演算し、誘導加熱のための高周波電流を調整すると記載されている。具体的には、プロセスチャンバー内を３次元でモデル化し、輻射解析法による熱解析を行うと記載されている。そして、高速演算のために、通常のプロセスコントロールを行なうＰＬＣ＝ＰＭＣ（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｏｄｕｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に加え、独立して温度コントロールのみを行なうコントローラを設けると記載されている。上記非特許文献２では、基板温度をリアルタイムで高精度に制御するためには、高精度なモデルを予め作成しておくとともに、輻射解析法による熱解析を高速実施することができる高機能な演算機能が必要であり、システム全体のコストは高くなるといえる。また、非特許文献２でも、温度制御結果を詳細に確認するためには、実際の処理対象基板に熱電対の接点を直接接触させて、基板温度を計測している。非特許文献２でも、実際のＦＰＤ用ガラス基板を、特に短い時間で高温まで昇温させる加熱処理を行う場合、このガラス基板の温度を、リアルタイムで十分に高い精度で計測することはできていない。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の従来技術に基づく問題点を解消し、短い時間で高温まで昇温させる加熱処理を行う場合であっても、被加熱体の温度を、リアルタイムで十分に高い精度で推定することができる、低コストな温度推定方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、予め設定された時系列温度条件に応じて被加熱体を加熱処理または冷却処理して前記被加熱体の温度を調整している最中、前記被加熱体の温度の推定値を求める方法であって、前記被加熱体とともに前記加熱処理または前記冷却処理される、前記被加熱体と離間して配置された温度センサによる温度計測値を取得するステップと、前記温度計測値の変化に対する前記被加熱体の温度変化を表す、記憶手段に予め記憶されたモデルと、前記取得するステップで取得した前記センサによる計測値と、を用いて、現在の前記被加熱体温度の推定値を導出するステップと、を有し、前記記憶手段には、前記時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、それぞれ異なる複数の前記モデルが予め記憶されており、前記導出するステップでは、前記温度計測値が取得された時点に対応する前記時間領域に応じた前記モデルを用い、前記被加熱体温度の推定値を求めることを特徴とする温度推定方法を提供する。
【０００９】
なお、前記モデルは、前記温度計測値が変化した際、前記被加熱体の温度が時間遅れをもって変化する関係を表したモデルであることが好ましく、さらに、前記モデルは、前記温度計測値の温度変化と前記被加熱体の温度変化との関係を、１次遅れ系として表したモデルであることが好ましい。
【００１０】
また、前記モデルは、時間ｔを変数として前記温度計測値の温度をｕ（ｔ）で表し、時間ｔを変数として前記被加熱体の温度をｙ（ｔ）で表したとき、下記式（１）で表されるモデルであり、前記記憶手段には、それぞれ異なる複数の前記モデルとして、下記式（１）に示す定数Ｋおよび定数Ｔがそれぞれ異なる値に設定された複数の前記モデルが予め記憶されていることが好ましい。
Ｔ・ｄｙ（ｔ）／ｄｔ＋ｙ（ｔ）＝Ｋ・ｕ（ｔ）
【００１１】
また、前記時系列温度条件は、温度条件の時系列変化の態様に応じて、前記複数の時間領域に区分されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記記憶手段には、それぞれ異なる時系列温度条件に応じた複数のモデルが予め記憶されており、前記導出するステップでは、前記記憶手段に予め記憶された複数の前記モデルのうち、前記被加熱体の温度を調節するための前記時系列温度条件に応じたモデルに、前記センサによる計測値を入力して前記推定値を導出することが好ましい。
【００１３】
また、前記記憶手段には、それぞれ異なる時系列温度条件に応じた複数のモデルが予め記憶されており、前記導出するステップでは、前記記憶手段に予め記憶されたモデルに基いて、前記被加熱体の温度を調節するための前記時系列温度条件に応じたモデルを新たに求め、求めたモデルに前記センサによる計測値を入力して前記推定値を導出することも、また好ましい。
【００１４】
なお、前記温度センサは、前記被加熱体とともに前記加熱処理または前記冷却処理される、前記被加熱体と離間して配置された温度計測用ダミー部材に直接接触して、前記温度計測用ダミー部材における接触位置の温度を計測することが好ましい。
【００１５】
本発明は、また、予め設定された時系列温度条件に応じて被加熱体を加熱処理または冷却処理して前記被加熱体の温度を調整している最中、前記被加熱体の温度の推定値を求める装置であって、前記被加熱体とともに前記加熱処理または前記冷却処理される、前記被加熱体と離間して配置された温度センサと、前記温度センサによる温度計測値を取得する温度計測値取得部と、前記温度計測値の変化に対する前記被加熱体の温度変化を表すモデルが予め記憶された記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記モデルと、前記取得するステップで取得した前記センサによる計測値と、を用いて、現在の前記被加熱体温度の推定値を導出する推定値導出部と、を有し、前記記憶手段には、前記時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、それぞれ異なる複数の前記モデルが予め記憶されており、前記導出部では、前記温度計測値が取得された時点に対応する前記時間領域に応じた前記モデルを用い、前記被加熱体温度の推定値を求めることを特徴とする温度推定装置も、併せて提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の温度推定方法および装置は、比較的低コストでありながら、加熱部材によって加熱される被加熱体の温度を、リアルタイムで高精度に推定することができる。また、本発明の温度情報取得装置を用いることで、予め設定した温度条件に応じて、昇温時、温度保持時、降温時など加熱プロセス全般において、被加熱体の温度を高精度に制御することができる加熱システムを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の温度推定装置および加熱システムを詳細に説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の温度推定装置の一例を備えて構成される加熱システムの一例である、加熱システム１０について説明する図である。図１（ａ）は、加熱システム１０の加熱ユニット１２の概略上面断面図を示し、図１（ｂ）は、加熱システム１０全体の概略正面断面図を示し、図１（ｃ）は、加熱システム１０の加熱ユニット１２の概略側面断面図を示している。図１に示す加熱システム１０は、上述のゾーンコントロール誘導加熱システム（Ｚｏｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を採用した加熱システムであり、例えば、いわゆる第４世代の基板サイズ（７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）の、複数のガラス基板に対して、枚葉式に連続して加熱処理を行うための装置である。
【００１９】
加熱システム１０は、例えば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）製造プロセスにおいて、ガラス基板上にシリコン多結晶トランジスタを形成する際に用いられる。より詳しくは、主に不純物（ＰおよびＢ）活性化工程（シート抵抗値の低減工程）などに使用される。この不純物活性化工程は、基板を加熱した後、所定の温度で一定時間保持し、その後冷却することで行なわれる。不純物の活性化の程度（シート抵抗の変動）は、昇温、温度保持、冷却、の一連の温度プロファイル（時系列の温度変動）によって左右される。この不純物活性化工程の特徴として、温度保持時間（昇温による到達した所定の温度で保持している時間）によるシート変動は極めて微小であること、到達した温度がシート抵抗に及ぼす影響は多大であること、４５０℃以下の比較的低温ではシート抵抗値の低減に寄与しないこと、などが挙げられる。このような特徴から、不純物活性化工程（シート抵抗値の低減工程）では、昇温、温度保持、冷却、の一連の処理時間が短くても、比較的高温に到達させることができれば，シート抵抗は低下するといえる。すなわち、歪み点が６５０℃前後という熱に弱いガラス基板の熱耐性を考慮しながら、複数のガラス基板のシート抵抗を効率的に下げるためには、高速に（すなわち短時間で）昇温させて、所定の温度で短時間保持したのち、高速に（すなわち短時間で）降温させることが好ましいといえる。このように、ガラス基板の熱耐性を考慮し、高速昇温、短時間保持、高速降温を行なう場合、特に、昇温中の基板温度の時系列の温度変動は、不純物の活性化の程度（シート抵抗の変動）に多大な影響を与える。本発明の加熱システムの一例である加熱システム１０は、比較的大型なガラス基板であっても、高速昇温、短時間保持、高速降温を実現するとともに、特に、昇温中の基板の時系列の温度変動を高精度に制御する。
【００２０】
加熱システム１０は、加熱ユニット１２と制御ユニット１４とを有して構成されている。加熱ユニット１２は、略矩形の筐体２２内に、コイルユニット２４で囲まれた石英チャンバ２６が配置されている。石英チャンバ２６の内部には、石英チャンバ２６の内壁面に沿って、上断面が長円形状のグラファイト加熱源２８が配置されている。コイルユニット２４は複数の部分コイル２４ａ〜２４ｅからなり、各部分コイル２４ａ〜２４ｅは、それぞれ、石英チャンバ２６を介してグラファイト加熱源２８を囲むよう、配置されている。なお、複数の部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれの、図１（ｂ）および（ｃ）中の上下には、各コイルによって発生する磁力線が外に漏れることがないように、図示しない磁気シールド板が配置される。各部分コイル２４ａ〜２４ｅは例えばシームレス鋼管からなり、図示しない水冷機構によって、磁気シールドと共に水冷される。各部分コイル２４ａ〜２４ｅは、制御ユニット１４を構成する整合ユニット４０の各整合器４０ａ〜４０ｅを介し、制御ユニット１４を構成するインバータユニット４２の各インバータ４２ａ〜４２ｅと、それぞれ接続されている。各部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれには、各整合器を介して接続された各インバータから、高周波電流が供給される。各部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれは、電流が流れることで磁界を発生する。この磁界によってグラファイト加熱源２８に誘導電流が生じることで、加熱部材であるグラファイト加熱源２８は発熱する。この際、各部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれに流れる電流によって発生する磁界それぞれに応じて、グラファイト加熱源２８の、各部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれに対応する部分領域がそれぞれ発熱する。
【００２１】
また、石英チャンバ２６の図１（ｂ）および（ｃ）中の下側は開口しており、この開口を通過して、外部から延びたインジェクター管３０、３２、基板用熱電対保護管３４（以下、第１保護管３４とする）、過昇温検知用熱電対保護管３６（以下、第２保護管３６とする）が、石英チャンバ２６の内部に配置されている。インジェクター管３０、３２は、図示しないガス供給機構と接続されており、ガス供給機構から供給されるガスを、石英チャンバ２６内に導入する。供給するガスの種類は、加熱処理プロセスに応じて選択すればよく、例えば、不純物活性化工程（シート抵抗値の低減工程）では、窒素などの希ガスを導入すればよく、ｐ−Ｓｉの結晶欠陥の改善を行なう場合など、水素ガスを導入すればよい。また、第１保護管３４の内部には基板用熱電対５０ａ〜５０ｅ（以下、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅとする）が配置されており、第２保護管３６の内部には過昇温検知用熱電対６０ａ〜６０ｅ（以下、第２の熱電対６０ａ〜６０ｅとする）が配置されている。第１保護管３４、第２保護管３６、および、第１の熱電対５２、第２の熱電対５４については、後に詳述する。
【００２２】
筐体２２は、図１（ｂ）および（ｃ）中の下側に、石英チャンバ２６の開口に対応した開口を有している。加熱システム１０は、また、図示しないハンドリングロボットなどの昇降手段によって図１（ｂ）および（ｃ）中の上下方向に移動可能な例えばＳＵＳ製のボード３８と、このボード３８に固定された石英サセプタ３９とを備えている。被加熱体であるガラス基板１１は、この石英サセプタ３９に配置されて、ボード３８の移動によって、筐体２２および石英チャンバ２６の開口から、石英チャンバ２６の内部に導入される。ガラス基板１１が石英チャンバ２６の内部に導入された状態では、筐体２２および石英チャンバ２６の開口は、ボード３８によって閉じられる。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、加熱システム１０では、例えば７３０ｍｍ×９２０ｍｍサイズの大型のガラス基板１１を、基板面が地面に対して略垂直になるように設置する。加熱システム１０では、基板面が地面に対して略垂直になるように設置されたガラス基板１１を、各部分コイル２４ａ〜２４ｅを流れる高周波電流に応じて発熱したグラファイト加熱源２８からの輻射熱、および、石英チャンバ２６内に導入されたガスなどの気体を介して伝わる熱伝導によって加熱する（なお、輻射熱が支配的である）。この際、グラファイト加熱源２８の、各部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれに対応する部分領域の発熱それぞれに応じて、ガラス基板１１の、各部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれに対応する領域が加熱される。すなわち、各部分コイル２４ａ〜２４ｅに供給される高周波電流それぞれの大きさに応じて、ガラス基板１１の、各部分コイル２４ａ〜２４ｅそれぞれに対応する領域の加熱の程度が定まる。
【００２３】
加熱システム１０では、基板面が地面に対して略垂直になるようにガラス基板を設置するので、ガラス基板１１を、ガラス基板の表裏２つの基板面それぞれから同時に加熱することができる。また、図１（ｂ）に示すように、石英サセプタ３９が、基板端部にのみ接触した状態でガラス基板１１を保持できるので、ガラス基板１１を基板面が地面と略平行になるように支持した場合（この場合、基板の裏面の複数箇所を支持する必要がある）に比べて、基板裏面の傷が発生しにくい。また、石英サセプタ３９が接触することによって不可避的に生じる加熱むらが、基板の端部部分のみに限定されるといった効果もある。また、ガラス基板１１の表面にパーティクルが発生しにくいといった効果もある。
【００２４】
図２は、図１（ａ）中の一部を拡大して示す図である。また、図３（ａ）および（ｂ）は、第１保護管３４および第１の熱電対５０ａ〜５０ｅについて説明する図である。図３（ａ）は第１保護管３４の概略斜視図であり、図３（ｂ）は第１保護管３４の概略上面断面図である。図３（ａ）に示すように、第１保護管３４は、内部に管路６２を有する石英製の管状部材である。第１保護管３４には、複数のダミー板部材６６ａ〜６６ｅが、それぞれ取り付けられている。
【００２５】
ここで、ダミー部材６６ａ〜６６ｅそれぞれの図中上下方向の位置は、部分コイル２４ａ〜２４ｅにそれぞれ対応する位置となっている。ダミー部材６６ａ〜６６ｅは、部分コイル２４ａ〜２４ｅに高周波電流が流れることで発熱したグラファイト加熱源２８からの輻射熱、および熱伝導によって加熱される。すなわち、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの現在温度（より詳しくは、後述する測温部分７６ａ〜７６ｅの各温度）は、部分コイル２４ａ〜２４ｅに対応する部分のグラファイト加熱源２８の温度、ひいては、部分コイル２４ａ〜２４ｅに流れる高周波電流に応じて定まる。部分コイル２４ａ〜２４ｅに流れる高周波電流が変化すれば、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの現在温度も変化する。
【００２６】
ここで、図３（ａ）および（ｂ）を用いて、ダミー部材６６ａ〜６６ｅを代表して、ダミー部材６６ａの詳細について説明する。ダミー部材６６ｂ〜６６ｅのいずれも、ダミー部材６６ａと同様の構成となっている。ダミー部材６６ａは、円筒状の土台部７２ａから、板状部７４ａが突出した形状となっている。板状部７４ａのうち、突出端側に近い測温部分７６ａは、板状部７４ａのその他の部分に比べて板厚が薄くなっている（この理由については、後述する）。ダミー部材６６ａは、円筒状の土台部７２の内側に第１保護管３４を通し入れた状態で、固定ピン６９によって、第１保護管３４上の所定の位置に固定されている。
【００２７】
第１保護管３４には、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの取り付け位置の近傍それぞれに、管路６２から第１保護管３４の外部に向けて貫通する貫通孔７８ａ〜７８ｅが設けられている。第１保護管３４の管路６２には、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅが、それぞれ通し入れられている。第１の熱電対５０ａ〜５０ｅは、それぞれ２種類の異なる導体線の各端点が接合されてなる公知の熱電対である。第１の熱電対５０ａ〜５０ｅは、接合点５１ａ〜５１ｅを含む一部分を除く他の部分が、管路６２内に配置されている。以下、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅを代表して、第１の熱電対５０ａについて説明する。第１の熱電対５０ａの、接合点５１ａを含む一部分は、それぞれ、管路６２内から貫通孔７８ａを通過して、ダミー部材６６ａの測温部分７６ａに直接接触して固定されている。第１の熱電対５０ａの導体線はセラミックコーティングされて、耐熱性や耐食性が確保されるとともに、炉内へのメタルコンタミも防止される。第１の熱電対５０ａには、ダミー部材６６ａの測温部分７６ａの温度に応じた熱起電力が発生する。第１の熱電対５０ａは、制御ユニット１４の制御装置４４と接続されており、第１の熱電対５０ａに生じた熱起電力が制御装置４４によって検出される。このようにして、制御装置４４は、測温部分７６ａの現在温度情報を得る。上述したように、制御装置４４が取得した測温部分７６ａの現在温度の情報は、ガラス基板１１の所定部分（部分コイル２４ａに対応する部分）の温度、すなわちガラス基板１１の所定部分の温度の推定値とみなすことができる。
【００２８】
ダミー部材６６ａ〜６６ｅの材質として、具体的には、表面が不透明な石英板を用いている。材質として石英を用いるのは、石英は熱衝撃に強く、熱による膨張や変形が殆どなく、高温でもアウトガスなどの不純物を殆ど発生しないなどの特性があるからである。一方、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの各測温部分７６ａ〜７６ｅの現在温度それぞれが、ガラス基板１１の所定部分の温度と略一致するには、ダミー部材６６ａ〜６６ｅは、グラファイト加熱源２８からの輻射によって、ある程度十分に加熱される必要がある。すなわち、各測温部分７６ａ〜７６ｅは、グラファイト加熱源２８から輻射される赤外線を、ある程度十分に吸収する必要がある。例えば、グラファイト加熱源２８から輻射される一般的な赤外線のピーク波長の範囲である、２．５〜４．１（μｍ）の波長領域では、ガラスの吸収率に比べて、透明な石英の吸収率の方がより低い。すなわち、グラファイト加熱源２８から輻射される一般的な赤外線によって、ガラス基板１１と透明な石英基板とを同時に加熱しても、透明な石英基板の方が加熱され難い。結果、グラファイト加熱源２８から輻射される一般的な赤外線によって、ガラス基板１１と透明な石英基板とを同時に加熱しても、透明な石英基板の方が、現在温度は著しく低くなってしまう。これに対し、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの材質として、表面が不透明な石英板を用いると、グラファイト加熱源２８によって、ガラス基板１１と各測温部分７６ａ〜７６ｅとを同時に加熱した際、各測温部分７６ａ〜７６ｅの現在温度を、ガラス基板１１の各所定部分の現在温度に、より近づけることができる。上述の説明からも容易に理解されるように、本明細書において不透明とは、加熱部材から輻射される赤外線を、ある程度吸収する状態をいう。なお、表面が不透明な石英として、例えばサンドブラスト処理等によって透明石英の表面を粗面化したものを用いてもよい。また、微細な気泡が多数混入されて内部まで不透明化された石英を用いてもよい。
【００２９】
また、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの大きさや材質なども、各測温部分７６ａ〜７６ｅの現在温度が、ガラス基板１１の所定位置の現在温度により近づくよう調整されている。例えば、ガラス基板１１の熱容量に応じて、ダミー部材６６ａ〜６６ｅが適当な熱容量となるよう、各測温部分７６ａ〜７６ｅの基板面の大きさや厚さなどが調整されている。本実施形態では、各測温部分７６ａ〜７６ｅの熱容量がなるべく小さくなるよう、板状部７４ａ〜７４ｅのその他の部分に比べて、各測温部分７６ａ〜７６ｅの厚さを小さくしている。例えば、被加熱体であるガラス基板の厚さをｔとしたとき、各測温部分の厚さは０．７ｔ〜１．２ｔであることが好ましい。
【００３０】
また、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの配置位置も、それぞれ調整されている。加熱システム１０において、被加熱体であるガラス基板１１は、端部以外の領域が、グラファイト加熱源２８によって均一に加熱されることが望まれる。このため、グラファイト加熱源２８の平面状の表面部分２９とガラス基板１１との間隙には、余分な部材が配置されていないことが望まれる。図１（ａ）および図２に示すように、加熱部材であるグラファイト加熱源２８は、被加熱体であるガラス基板１１の基板面と略平行な、ガラス基板１１の基板面と対向した平面状の表面部分２９を有している。加熱システム１０では、ガラス基板１１の基板面を地面と略垂直に配置するので、石英サセプタ３９によってガラス基板１１の端部のみを接触支持しており、グラファイト加熱源２８の表面部分２９とガラス基板１１との間隙に余分な部材を配置することなく、ガラス基板１１の両面を同時に加熱することを可能としている。一方、加熱システム１０では、グラファイト加熱源２８の表面部分２９とガラス基板１１との間隙に、余分な部材を配置しないために、インジェクター管３０、３２、第１保護管３４、第２保護管３６などは、ガラス基板１１の端部の近傍にあたる、石英チャンバ２６内の一部分（図２中に破線で示す集中配置領域Ｓ）に集中して配置せざるを得ない。
【００３１】
加熱システム１０では、このように、それぞれがある程度の熱容量を有する部材が一部分に集中して配置されるので、石英チャンバ２６内部の、この集中配置領域Ｓの近傍は、石英チャンバ２６内の他の部分と比べて温度が上昇しにくい。さらに、インジェクター管３０、３２は、外部からガスが供給されることで冷却されるとともに、インジェクター管３０、３２から石英チャンバ３２に導入されたガスによって、インジェクター管３０、３２の周囲も冷却されやすい。また、特に、石英サセプタ３９は、大型のガラス基板を確実に保持するために、柱の直径などがある程度大きい必要があり、熱容量も高い。したがって、石英サセプタ３９は、その構造上、温度が比較的上昇し難い。このような種々の理由によって、集中配置領域Ｓの近傍は、石英チャンバ２６内の他の部分、特に被加熱体であるガラス基板１１と比べて温度が上昇しにくい。ダミー部材６６ａ〜６６ｅの各測温部分７６ａ〜７６ｅが、この集中配置領域Ｓに位置していると、各測温部分７６ａ〜７６ｅは、少なくともガラス基板１１と比較して、温度が上昇し難くなる。加熱システム１０では、特殊な材質のダミー部材を用いたり、特別な形状のダミー部材を用いることなく、各測温部分７６ａ〜７６ｅの現在温度が、ガラス基板１１の所定位置の現在温度により近づくよう、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの各測温部分７６ａ〜７６ｅを、集中配置領域Ｓから離れた、グラファイト加熱源２８により近い位置に配置している。特に、各測温部分７６ａ〜７６ｅに固定された、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅの接合点５１ａ〜５１ｅの位置を、集中配置領域Ｓから離れた、グラファイト加熱源２８により近い位置に配置している。これにより、加熱システム１０では、例えば石英以外の高価な材質のダミー部材を用いたり、単なる板状ではない作製が困難な特殊な形状のダミー部材を用いる必要がなく、装置コストを比較的低く抑えている。例えば、各測温部分７６ａ〜７６ｅにおける、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅの接合点５１ａ〜５１ｅそれぞれは、加熱源２８から５ｍｍ以内の位置（ただし接触しない位置）にあることが好ましい。
【００３２】
なお、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの各測温部分７６ａ〜７６ｅそれぞれと、グラファイト加熱源２８の平面状の表面部分２９（ガラス基板１１の基板面と対向した表面部分）とは単に平行ではなく、各測温部分７６ａ〜７６ｅそれぞれと、グラファイト加熱源２８の表面部分２９とは、一定の角度を有して配置されている。ダミー部材６６ａ〜６６ｅの各測温部分７６ａ〜７６ｅそれぞれと、グラファイト加熱源２８の平面状の表面部分２９とが平行の場合、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの各測温部分７６ａ〜７６ｅはグラファイト加熱源２８からの放射および輻射熱を垂直に受ける。この場合、ダミー部材６６ａ〜６６ｅは、ガラス基板１１に比べてグラファイト加熱源２８により近い位置に配置しているので、加熱条件によっては、各測温部分７６ａ〜７６ｅの温度はガラス基板１１よりも高くなってしまうことがある。本実施形態においては、各測温部分７６ａ〜７６ｅそれぞれと、グラファイト加熱源２８の表面部分２９とを、一定の角度範囲で調整されているので、加熱部材からの空気伝熱や輻射熱の程度を調整（単に基板に平行に配置した場合と比べて、受ける熱量を低減）することができる。各測温部分それぞれの表面と、加熱部材の表面（被加熱体の基板面と対向した表面）とのなす角θは、例えば５．０（°）〜６０（°）であることが好ましい。
【００３３】
以上述べたように、加熱システム１０では、グラファイト加熱源２８によってガラス基板１１と各測温部分７６ａ〜７６ｅとを同時に加熱した際、各測温部分７６ａ〜７６ｅの現在温度が、ガラス基板１１の現在温度に高い精度で一致するよう、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの材質や形状や配置、加熱部材であるガラス基板１１との距離などの種々の要素が、高い精度で調整されている。
【００３４】
一方、石英チャンバ２６内の第２の保護管３６には、第２の熱電対６０ａ〜６０ｅが配置されている。この第２の熱電対６０ａ〜６０ｅは、制御装置４４に接続されている。制御装置４４の後述する計測値取得部４５は、加熱処理を行っている最中、第２の熱電対６０ａ〜６０ｅそれぞれの計測温度を連続して、例えば一定の時間間隔毎に取得する。加えて、制御装置４４は、加熱処理を行っている最中、取得した第２の熱電対６０ａ〜６０ｅそれぞれの計測温度に基き、石英チャンバ２６内の温度が、所定の温度以上に昇温しているか否かを判定する。所定の温度の一例として、例えば、ガラス基板１１に歪みが生ずる温度にガラス基板１１自身が到達した場合に、第２の熱電対６０ａ〜６０ｅの接点が到達する温度が挙げられる。または、所定の温度の他の例として、石英チャンバ２６内のその他の部材に異常が発生する温度にこの部材が到達する場合に、第２の熱電対６０ａ〜６０ｅの接点が到達する温度などが挙げられる。
【００３５】
この所定の温度は、制御装置４４内のメモリ４３に予め設定記憶されている。制御装置４４は、第２の熱電対６０ａ〜６０ｅによる計測温度が、この所定の温度以上になった場合、例えば、各部分コイル２６ａ〜２６ｅに対する高周波電流の供給を停止することで、ガラス基板１１や石英チャンバ２６内の部材に不具合が発生することを防止する。このように、第２の保護管３６および第２の熱電対６０ａ〜６０ｅは、プロセスに用いる材料基板や装置の保守のために設けられている。第２の熱電対６０ａ〜６０ｅによる計測値は、石英チャンバ２６内の特定部分（ガラス基板１１や、その他の部材）の温度に対し、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる計測値ほど高精度に一致している必要はない。例えば、図４に示すように、加熱システム１０の第２の保護管３６に設けた貫通孔８２ａ〜８２ｅ付近に、第２の保護管３６に通し入れた第２の熱電対６０ａ〜６０ｅの接点をそれぞれ接触させた構成としてもよい。また、図３に示す第１の保護管３４および第１の熱電対５０ａ〜５０ｅと同様の構成としてもよい。
【００３６】
加熱システム１０では、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの材質や形状、また、後述する第１の熱電対５０ａ〜５０ｅの各接点５１ａ〜５１ｅとガラス基板１１との距離などが、グラファイト加熱源２８によるガラス基板１１の加熱特性に応じて調整されている。より具体的には、グラファイト加熱源２８によって加熱されるダミー部材６６ａ〜６６ｅの現在温度（より詳しくは、後述する測温部分７６ａ〜７６ｅの各温度）が、同じくグラファイト加熱源２８によって加熱されるガラス基板１１の、各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに対応する部分の現在温度となるべく一致するように、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの材質や形状、配置、加熱部材であるガラス基板１１との距離などが調整されている。すなわち、各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに直接接触された各熱電対５０ａ〜５０ｅによる計測値が、ガラス基板１１の各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに対応する部分の現在温度と、なるべく近い値となるように調整されている。
【００３７】
ここで、当然ながら、各熱電対５０ａ〜５０ｅによる計測値は、ガラス基板１１の所定部分の温度と完全には一致させることはできない。例えば、ガラス基板１１の所定部分の温度が上昇している最中、このガラス基板１１の所定部分の実際の時系列の温度変動（例えば、単位時間あたりの温度上昇の大きさ）と、対応するダミー部材６６ａ〜６６ｅそれぞれの時系列の温度変動とを、完全に一致させることはできない。
【００３８】
加熱システム１０では、メモリ４３に予め記憶された簡易な温度モデルを用いて、温度センサによる計測値と実際の基板温度との誤差を補正して、実際の基板温度と高精度に一致した被加熱体の温度推定値を導出する。加熱システム１０では、さらに、制御ユニット１４によって、部分コイル２４ａ〜２４ｅに流れる高周波電流を調整することで、ガラス基板１１の所定部分の温度を調整する。
【００３９】
制御ユニット１４は、整合ユニット４０、インバータユニット４２、制御装置４４、入力器４６とを備えて構成されている。図５は、制御装置４４について説明する、制御装置４４の概略構成図である。制御装置４４は、計測値取得部４５と、推定値導出部４７と、温度制御部４９とを有する。制御装置４４は、ＣＰＵ４１やメモリ４３を備え、メモリ４３に記憶されたプログラムをＣＰＵ４１が実行することで各部が機能的に動作する、公知のコンピュータである。制御装置４４では、オペレータが入力器４６（図５では図示せず）を操作することで、加熱処理における時系列温度条件（時系列の温度変動の条件）や、ガス流量の条件などが外部から入力され、入力されたこれらの条件をメモリ４３に記憶しておく。
【００４０】
図６は、メモリ４３に記憶された時系列温度条件の一例であり、図１に示す加熱システムで実施する加熱処理における、ガラス基板１１の時系列温度の目標値を示すグラフである。時系列温度条件としては、例えば、温度上昇開始タイミングｔ０、目標保持温度到達タイミングｔ１、温度下降開始タイミングｔ２、下降終了タイミングｔ３、初期温度Ｔｅ０、目標保持温度Ｔｅｃ、などの各種条件を設定すればよい。本発明における時系列温度条件は、図６に示すように、例えば、昇温、温度保持、降温がそれぞれ１段階ずつ設けられていることに限定されない。本発明における時系列温度条件は、例えば、昇温、温度保持、昇温、温度保持、と数段階に分けて昇温するような条件でもよく、特に限定されない。
【００４１】
また、メモリ４３には、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる温度計測値の変化に対する、ガラス基板１１の各所定部分の温度変化を表すモデルが、予め記憶されている。本実施形態の加熱システム１０では、各温度計測値が変化した際に、ガラス基板１１の温度が時間遅れをもって変化する関係を表したモデルが、メモリ４３に予め記憶されている。より具体的には、このモデルは、温度計測値の温度変化と、被加熱体であるガラス基板１１の所定部分の温度変化との関係を、１次遅れ系として表したモデルであり、温度計測値の温度をｕ（ｔ）、被加熱体であるガラス基板１１の温度をｙ（ｔ）としたとき、下記式（１）で表されるモデルである（ｔは加熱処理開始からの経過時間）。なお、式（１）のモデルをラプラス変換して整理すると、公知のように、式（２）のような伝達関数Ｇ（ｓ）が得られる。メモリ４３には、モデルとして、このようにラプラシアンｓを用いた式（２）の伝達関数が記憶されていても構わない。
Ｔ・ｄｙ（ｔ）／ｄｔ＋ｙ（ｔ）＝Ｋ・ｕ（ｔ）  ・・・（１）
Ｇ（ｓ）＝Ｋ／（１＋Ｔ・ｓ）  ・・・（２）
【００４２】
ここで、メモリ４３には、時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、それぞれ異なる複数のモデルが予め記憶されている。例えば、それぞれ異なる複数のモデルとして、式（１）に示す定数Ｋおよび定数Ｔがそれぞれ異なる値に設定された、複数のモデルが予め記憶されている。本実施形態では、温度上昇開始タイミングｔ０〜目標温度到達タイミングｔ１（昇温時間領域Ｒ１とする）、目標温度到達タイミングｔ１〜温度下降開始タイミングｔ２（保持時間領域Ｒ２とする）、温度下降開始タイミングｔ２〜下降終了タイミングｔ３（降温時間領域Ｒ３とする）、の各時間領域毎に、式（１）に示す定数Ｋおよび定数Ｔがそれぞれ異なる値に設定されている。すなわち、時系列温度条件は、温度条件の時系列変化の態様に応じて、それぞれ異なる複数の時間領域に区分されており、各時間領域毎にモデルが設定されている。なお、本発明における冷却処理とは、例えば降温時間領域Ｒ３に対応する時間領域で行なう、被加熱体を降温させる処理のことをいう。
【００４３】
例えば、メモリ４３には、時系列温度条件として、初期温度Ｔｅ０＝４００℃、目標保持温度Ｔｅｃ＝６００℃、温度上昇開始タイミングｔ０や目標保持温度到達タイミングｔ１などの条件が記憶されている。メモリ４３には、例えば、昇温時間領域Ｒ１では（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（１．０２２２、３．４６５８）、保持時間領域Ｒ２では（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（１．０２８６、３８．０７２１）、降温時間領域Ｒ３では（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（０．９９３４、１０．２１３４）と、複数の時間領域それぞれ毎に、定数Ｋおよび定数Ｔがそれぞれ異なる値に設定された、複数のモデルが予め記憶されている。なお、本発明では、時間領域の数は限定されず、例えば被加熱体の温度を単調増加させている時間範囲であっても、例えば、単位時間あたりの目標温度の変化の大きさの違いに応じて、それぞれ複数の時間領域に分割して設定しておき。各時間領域毎にモデルを設定しておいてもよい。
【００４４】
計測値取得部４５は、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅと接続されており、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる現在の温度計測値をそれぞれを取得する。よリ具体的には、計測値取得部４５は、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる現在の温度計測値を、例えば所定の時間間隔Δｔ毎に取得する。第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる現在の温度計測値は、計測値導出部４５からメモリ４３に一旦記憶される。メモリ４３では、Δｔ毎に取得された第１の熱電対５０ａ〜５０ｅの温度情報それぞれを、少なくとも所定の時間範囲分だけ記憶しておく。すなわち、メモリ４３には、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅそれぞれによる温度計測値の、この所定の時間範囲における時系列変化の情報が、それぞれ記憶されている。
【００４５】
推定値導出部４７では、メモリ４３に予め記憶されているモデルと、計測値導出部４５から送られてメモリ４３に記憶されている、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる温度計測値の時系列情報（現在の温度情報を含む）とを用いて、現在のガラス基板１１の温度の推定値を導出する。上述のように、メモリ４３には、時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３毎に、上記定数Ｋおよび上記定数Ｔがそれぞれ異なる、複数のモデルが予め記憶されている。推定値導出部４７では、温度計測値が取得された時点に対応する時間領域に応じたモデルを用い、ガラス基板１１の現在の温度の推定値を求める。例えば、現在の時間ｔｐがｔ０＜ｔｐ＜ｔ１を満たす場合、推定値導出部４７は、メモリ４３から、昇温時間領域Ｒ１に対応する（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（１．０２２２、３．４６５８）で与えられるモデルを読み出す。加えて、メモリ４３から、現在の時間ｔｐを含む所定の時間範囲における、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅそれぞれによる温度計測値の時系列変化の情報を読み出す。推定値導出部４７では、読み出したモデルに、読み出した温度計測値の時系列変化の情報を与えて（入力して）、ガラス基板１１の現在の温度の推定値を導出する。
【００４６】
本発明では、このように、記憶手段に、時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、それぞれ異なる複数のモデルを予め記憶しておき、センサによる温度計測値が取得された時点に対応する時間領域に応じたモデルを用い、ガラス基板等の被加熱体温度の推定値を求めることを特徴としている。この特徴によって、処理能力が高い高価な演算装置を用いることなく、簡単なモデルを用いて、実際の被加熱体の温度と高精度に一致する推定値を求めることを可能としている。例えば、上述の１次遅れ系を表す、式（１）および式（２）で示すような簡単なモデルを用いて、上述の各時間領域それぞれにおける被加熱体（上記実施形態ではガラス基板１１）の実際の温度を、高精度に推定している。
【００４７】
ここで、式（１）の微分方程式で表されるモデルは、一般的に、入力ｕ（ｔ）に対して出力ｙ（ｔ）が応答する制御系の要素を表すモデルである。同様に、式（２）の伝達関数Ｇ（ｓ）で表されるモデルは、システムの入力から出力までの伝達関数を表現するためのモデルであり、特にその周波数特性を表現するに適したモデルである。一方、本願で温度推定値を導出する対象である実際の被加熱体の温度と、温度センサによる温度計測値とは、実際には、１つのシステムにおける入力と出力の関係にはなっていない。本願発明では、このように入力と出力の関係にない２つの物理量である、実際の被加熱体の温度と、被加熱体とともに加熱処理または冷却処理される、被加熱体と離間して配置された温度センサによる温度計測値とを、式（１）や式（２）で示す１次遅れ系の簡単なモデルで表している。このような知見は、本願発明者が、時系列温度条件におけるそれぞれ異なる複数の時間領域毎に、各時間領域それぞれにおける被加熱体（上記実施形態ではガラス基板１１）の実際の温度と、センサ（上記実施形態では、熱電対５０ａ〜５０ｅ）による温度計測値との関係について比較した上で、実際の被加熱体の温度と温度センサによる温度計測値との関係を、鋭意検討することで見出されたものである。
【００４８】
特に、本実施形態では、グラファイト加熱源２８によって加熱されるダミー部材６６ａ〜６６ｅの現在温度（より詳しくは、測温部分７６ａ〜７６ｅの各温度）が、同じくグラファイト加熱源２８によって加熱されるガラス基板１１の、各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに対応する部分の現在温度となるべく一致するように、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの材質や形状、配置、加熱部材であるガラス基板１１との距離などが調整されている。すなわち、各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに直接接触された各熱電対５０ａ〜５０ｅによる計測値が、ガラス基板１１の各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに対応する部分の現在温度と、なるべく近い値となるように調整されている。本実施形態では、各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに直接接触された各熱電対５０ａ〜５０ｅによる計測値が、ガラス基板１１の各ダミー部材６６ａ〜６６ｅに対応する部分の現在温度と、なるべく近い値となるように調整されているので、式（１）および式（２）に示すような簡易なモデルを用いるだけで、各時間領域毎に実際の基板温度を、より高精度に推定することが可能となっている。
【００４９】
なお、上述のように、本発明では、実際の被加熱体の温度と、温度センサによる温度計測値とは、実際には、１つのシステムにおける入力と出力の関係にはなっていない。加熱システムの特性によっては、上記式（１）および（２）に示し１次遅れ系における、入力側と出力側とのパラメータが逆転したモデルが設定されていてもよい。例えば、各ダミー部材の形状や配置位置によっては、より高精度な推定値を導出するために、上記式（１）において、温度計測値の温度をｙ（ｔ）、被加熱体であるガラス基板１１の温度をｕ（ｔ）として表したモデルを用いてもよい。
【００５０】
加熱システム１０では、ガラス基板１１を加熱している最中、上記第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによって計測される、ダミー部材６６ａ〜６６ｅの各測温部分７６ａ〜７６ｅの現在温度の情報を、計測値取得部４５がリアルタイムに順次取得する。そして、推定値導出部４７が、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅそれぞれの温度計測値に基き、ガラス基板１１の各所定部分（熱電対５０ａ〜５０ｅに対応する各部分）の現在温度の推定値を、リアルタイムに順次導出する。推定値導出部４７が導出したガラス基板１１の各所定部分それぞれの現在温度の推定値は、温度制御部４９に順次送られる。
【００５１】
温度制御部４９は、ガラス基板１１を加熱している最中、推定値導出部４７がリアルタイムで順次導出する、ガラス基板１１の各所定部分の現在温度の推定値を受け取り、各所定部分の現在の推定値が、それぞれ予め設定された温度条件で規定された目標温度となるよう、インバータユニット４２の各インバータ４２ａ〜４２ｅの動作をそれぞれ制御する。この時系列温度条件は、上述のようにメモリ４３に予め記憶されており、温度制御部４９は、メモリ４３からこの時系列温度条件を呼び出して、目標とする現在温度（目標温度）を設定しておく。すなわち、加熱システム１０では、ガラス基板１１の各所定部分の現在温度の推定値をリアルタイムで順次導出し、導出した現在の推定値が、時系列温度条件で規定された現在の目標温度に応じた（一致する）温度となるよう、各インバータ４２ａ〜４２ｅからの高周波電流の出力を調整する。温度制御部４９は、例えばＰＩＤ制御などの公知のフィードバック制御の手法を用いて、ガラス基板１１の現在温度の制御のための高周波電流の出力調整を行なえばよい。なお、本実施形態の加熱システム１０では、温度制御部４９はフィードバック制御を行なっている。本発明の温度情報取得装置を用いて構成される加熱システムは、フィードバック制御を行なって被加熱体の温度を制御することに限定されない。例えば、予め設定された温度条件（時系列の温度プロファイル）に基いて一義的に定められた条件（プリセット条件）に応じて、各インバータから各部分コイルに高周波電流を時系列に出力して、ガラス基板を加熱してもよい。
【００５２】
各インバータ４２ａ〜４２ｅは、整合ユニット４０の各整合器４０ａ〜４０ｅと、それぞれ接続されている。高性能な温度制御を行なうためには、各インバータ４２ａ〜４２ｅの出力範囲は広く自由度がある方がよいが、実際にはインバータの能力、コイルの相互誘導などのために出力範囲には限界がある。そこで、所望の温度条件から要求される仕様が満足できるよう、共振回路のマッチングをとるための整合ユニット４０を設けている。各整合器４０ａ〜４０ｅは、図示しないコンデンサ、リアクトル、トランスなどから構成されており、これらを組み合わせて、電流ロスを最小とするマッチング回路を構成している。
【００５３】
なお、制御装置４４のＣＰＵ４１は、また、上述のハンドリングロボットなどの図示しない昇降手段や、図示しないガス供給機構などとも接続されており、ガラス基板１１の石英チャンバ２６内への搬送、石英チャンバ２６内へのガス供給、加熱処理、石英チャンバ２６内からのガラス基板１１の搬出など、ガラス基板１１のプロセス全体において各部の動作も、併せて制御する。
【００５４】
なお、メモリ４３に予め記憶されている複数のモデルは、被加熱体であるガラス基板１１に対する熱処理を実施するに先がけて、例えば、ガラス基板１１と同様の仕様（材質やサイズが同仕様）のダミーガラス基板を用いて、予めこのダミー基板に対して熱処理を実施することで導出しておけばよい。例えば、加熱システム１０において、ダミー基板に熱電対を貼付けた状態で、ガラス基板１１に対する上記加熱処理と同様の熱処理を実施し、この加熱処理における実際の基板温度を測定しておくとともに、熱電対５０ａ〜５０ｅによる計測値を取得しておく。その上で、ダミー基板を熱処理することで取得した実際の基板温度と熱電対５０ａ〜５０ｅによる計測値とが、上記式（１）や式（２）で示すような１次遅れ系の関係を満たすよう、各時間領域Ｒ１〜Ｒ３それぞれについて、係数Ｋおよび係数Ｔの値をそれぞれ求めておけばよい。または、このようにダミー基板を用いて実際に加熱処理を行うことなく、例えば３次元モデルを用いた公知の熱解析シミュレーションを行なうことで、各時間領域Ｒ１〜Ｒ３それぞれについて、予め、係数Ｋおよび係数Ｔの値をそれぞれ求めておいてもよい。
【００５５】
また、本発明では、被加熱体に行なう熱処理の時系列温度条件が不特定である場合に備え、予め複数の時系列温度条件それぞれに対応したモデルを、予め記憶手段に記憶しておいてもよい。例えば、加熱中の被加熱体の昇温速度として、１．０℃／ｓｅｃ、５．０℃／ｓｅｃ、１０．０℃／ｓｅｃ、の３水準が想定され、目標到達温度として、４００℃、５００℃、６００℃、の３水準が想定される場合、各水準を組み合わせて得られる９種類の時系列温度条件それぞれに応じて、各時間領域毎のモデルそれぞれを、メモリ４３に予め記憶しておけばよい。
【００５６】
また、例えば、複数の時系列温度条件それぞれに対応したモデルがメモリ４３に記憶されているが、実際に被加熱体に行う熱処理における時系列温度条件が、メモリ４３に記憶したモデルに対応する条件と異なる場合など、推定値導出部４７は、予め記憶されている複数のモデルから、実際に被加熱体に行う熱処理における時系列温度条件に即したモデルを導出してもよい。例えば、上述の各水準を組み合わせて得られる９種類の時系列温度条件それぞれに応じて、定数Ｔおよび定数Ｋが予め設定されている場合であって、例えば、予めモデルが記憶されていない時系列温度条件で熱処理を実施する際、例えば、昇温時における被加熱体の昇温速度が３．０℃／ｓｅｃである時系列温度条件で加熱処理を実施する際、昇温速度１．０℃／ｓｅｃの場合の定数Ｔおよび定数Ｋと、昇温速度５．０℃／ｓｅｃの場合の定数Ｔおよび定数Ｋとに基いて、昇温速度３．０℃／ｓｅｃの場合の定数Ｔおよび定数Ｋを求めればよい。このような構成としておけば、例えば、装置メーカー側が、少なくとも装置を出荷する段階で、予め複数の時系列温度条件それそれ毎のモデルを記憶手段に記憶しておけば、わざわざユーザ側がダミー基板を用いた事前確認実験やシミュレーションを実施することなく、様々な時系列温度条件に応じた熱処理を実施することができる。
【００５７】
本願発明では、このように、時系列温度条件における異なる時間領域毎にモデルを用意するのみでなく、複数の時系列温度条件それぞれ毎に対応するモデルを用意しておいてもよい。その上で、複数の時系列温度条件それぞれ毎に対応するモデルから、実際に被加熱体に対して行う時系列温度条件に応じたモデルを選択して、被加熱体温度の推定値を導出するためのモデルとして用いてもよい。または、複数の時系列温度条件それぞれ毎に対応するモデルから、実際に被加熱体に対して行う時系列温度条件に応じたモデルを新たに求め、新たに求めたモデルを、被加熱体温度の推定値を導出するためのモデルとして用いてもよい。時系列温度条件における異なる時間領域毎にモデルを用意するのみでなく、複数の時系列温度条件それぞれ毎に対応するモデルを用意しておくことで、例えば１次遅れ系のような簡単なモデルを用いて導出する推定値を、実際の被加熱体の温度とより高精度に一致させることを可能としている。
【００５８】
図７は、加熱システム１０において行なわれる、ガラス基板１１の加熱処理方法の一例のフローチャートである。図７に示す加熱処理は、本発明の温度推定方法の一例を用いて導出される推定値に基いて実施される。ガラス基板１１に対する熱処理がスタート（図６における経過時間ｔ０）すると、例えば制御装置４４が備える図示しない計時機能によって、現在の経過時間が順次確認される（ステップＳ１０２）。現在の経過時間が、熱処理が終了していない場合、例えば、経過時間が図６に示す下降終了タイミングｔ３を越えていない場合（すなわち、ステップＳ１０４における判定がＮｏの場合）、計測値取得部４５によって、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる現在の温度計測値をそれぞれを取得するか否か判定される（ステップＳ１０６）。例えば、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる現在の温度計測値を、所定の時間間隔Δｔ毎に取得する条件が設定されている場合、現在の経過時間が、この時間間隔Δｔ毎のタイミングに対応するか否かを判定する。図７のフローチャートに示すように、ステップＳ１０６の判定がＹｅｓとなる度に、すなわち、所定の時間間隔Δｔ毎に、計測値取得部４５は、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる現在の温度計測値を取得する（ステップＳ１０８）。
【００５９】
第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる現在の温度計測値は、計測値導出部４５からメモリ４３に一旦記憶される。メモリ４３では、Δｔ毎に取得された第１の熱電対５０ａ〜５０ｅの温度情報それぞれを、少なくとも所定の時間範囲分だけ記憶しておく。
【００６０】
次に、推定値導出部４７が、温度計測値が取得された現在の経過時間に対応する時間領域に応じたモデルを読み出す。すなわち、推定値導出部４７が、ガラス基板１１の温度の推定値を導出するために用いるモデルを決定する（ステップＳ１１０）。例えば、現在の経過時間ｔｐが、上記複数の時間領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のいずれに対応するかを判定し、現在の経過時間に対応する定数を決定する。例えば、上述のように、現在の経過時間ｔｐが、ｔ０＜ｔｐ＜ｔ１を満たす場合は、推定値導出部４７は、メモリ４３から、昇温時間領域Ｒ１に対応する（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（１．０２２２、３．４６５８）で与えられるモデルを読み出す。なお、メモリ４３に、時系列温度条件に応じて異なる複数のモデルが設定されている場合は、例えば、対応する時系列温度条件に応じたモデルを選択する。または、上述したように、メモリ４３に記憶されているモデルに基いて、ガラス基板１１を加熱するための温度条件に応じた新たなモデルを求め、このモデルを用いてもよい。
【００６１】
次に、推定値導出部４７が、読み出したモデルと、計測値導出部４５から送られてメモリ４３に記憶されている、第１の熱電対５０ａ〜５０ｅによる温度計測値の時系列情報（現在の温度情報を含む）とを用いて、現在のガラス基板１１の温度の推定値を導出する（ステップＳ１１２）。推定値導出部４７では、読み出したモデルに、読み出した温度計測値の時系列変化の情報を与えて、ガラス基板１１の現在の温度の推定値を導出する。推定値導出部４７が導出したガラス基板１１の現在温度の推定値は、温度制御部４９に順次送られる。
【００６２】
温度制御部４９が、推定値導出部４７が導出した、ガラス基板１１の各所定部分の現在温度の推定値を受け取る。温度制御部４９は、各所定部分の現在の推定値が、それぞれ予め設定された時系列温度条件に規定される現在の目標温度となるよう、インバータユニット４２の各インバータ４２ａ〜４２ｅの動作をそれぞれ制御する（ステップＳ１１４）。この際、温度制御部４９は、メモリ４３から時系列温度条件を呼び出して、現在の目標温度を設定しておく。温度制御部４９は、いわゆるフィードバック制御を行なって、ガラス基板１１の各所定部分の現在温度の推定値が、時系列温度条件で規定される現在の目標温度に応じた（一致する）温度となるよう、各インバータ４２ａ〜４２ｅからの高周波電流の出力を調整することで、ガラス基板温度の加熱状態を制御する。これらステップＳ１０２〜ステップＳ１１４の各処理は、ガラス基板１１に対する熱処理プロセスが終了するまで、すなわち、ステップＳ１０４における判定がＹｅｓとなるまで、繰り返し実施する。加熱システム１０では、このようにして、上記複数の時間領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、の全ての時間領域にわたって、ガラス基板１１の各所定部分の現在温度の推定値が、時系列温度条件で規定される現在の目標温度に応じた温度となるよう、ガラス基板温度の加熱状態を制御する。
【００６３】
以上、被加熱体としてガラス基板を加熱する場合について説明したが、本発明において被加熱体は特に限定されない。例えば、半導体ウエハの加熱処理においても、本願発明を好適に用いることができる。また、加熱方式も、ゾーンコントロール誘導加熱システムに代わって、ランプ加熱方式や抵抗加熱方式を用いてもよく、特に限定されない。その他の種々の要件についても、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【００６４】
図８（ａ）および（ｂ）は、本願発明の温度推定方法で導出される温度推定値について説明するグラフであり、図８（ａ）には、温度センサ計測値と実際の基板温度の測定値とを示している。図８（ｂ）には、図８（ａ）に示す温度センサ計測値と本願発明におけるモデルの一例とを用いて導出した基板温度の推定値の一例、および実際の基板温度の測定値を示している。
【００６５】
図８（ａ）に「センサ計測値１」として示すグラフは、より詳しくは、加熱システム１０を用いて７３０ｍｍ×９２０ｍｍのサイズのガラス基板を加熱した際、加熱システム１０の第１の熱電対を用いて計測された温度情報のグラフであり、複数の第１の熱電対のうちガラス基板の中央部に最も近い位置の熱電対（すなわち、第１の熱電対５０ｃ）によって計測された温度情報である。ただし、図８（ａ）に示すグラフでは、制御装置４４が上記フィードバック制御を行なわず、予め設定された時系列温度条件に基いて一義的に定められた加熱条件（プリセット条件）に応じて、各インバータから各部分コイルに高周波電流を時系列に出力して、ガラス基板を加熱した結果である。なお、図８（ａ）には、第１の熱電対５０ｃと同様の熱電対の接点を、ガラス基板の中央部に直接接触させて計測した、実際のガラス基板の温度情報のグラフも、「基板温度」として同時に示している。また、図８（ａ）には、温度計測用ダミー部材を用いずに、石英チャンバ２６内の所定位置の温度を計測して得られた温度情報も、「センサ計測値１」として併せて示している。具体的には、「センサ計測値１」のグラフは、図４に示す、加熱システム１０の第２の保護管３６に設けた貫通孔８２ｃ付近に、第２の熱電対６０ｃの接点６１ｃを接触させて計測した温度情報をのグラフである。
【００６６】
図８（ａ）に示すように、実際の基板温度が急速に上昇している最中であっても、特に、板状のダミー部材を用いて取得した温度情報（「センサ計測値２」）は、実際の基板温度にかなり近い値となっている。ただし、「センサ計測値２」に示すグラフでも、特に温度保持中については、本願発明によって取得された温度情報は、実際の基板温度と若干の差が認められる。これは、ダミー部材の材質、大きさ、位置などが、特に高速昇温時の加熱特性に一致するように調整されているからであると考えられる。より具体的には、温度保持中は、高速昇温時と比較してグラファイト温度が低くなるので、ダミー基板とガラス基板との熱容量の違いなどに応じて、放熱と吸熱のバランスが、高速昇温時と異なってくるためであると考えられる。
【００６７】
一方、図８（ｂ）に「基板推定温度」として示すグラフは、図８（ａ）に示すセンサ計測値１を、本願発明におけるモデルの一例である１次遅れ系のモデルに入力して導出した基板推定温度のグラフである。図８（ｂ）に示す推定値を導出する際、昇温時間領域Ｒ１では（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（１．０２２２、３．４６５８）、保持時間領域Ｒ２では（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（１．０２８６、３８．０７２１）、降温時間領域Ｒ３では（定数Ｋ、定数Ｔ）＝（０．９９３４、１０．２１３４）と、複数の時間領域それぞれ毎に、定数Ｋおよび定数Ｔがそれぞれ異なる１次遅れ系のモデルを用いている。図８（ｂ）に示す基板推定温度のグラフは、昇温時間領域、温度保持時間領域、降温時間領域、のいずれの時間領域においても、図８（ａ）に示す「センサ計測値１」よりも、「基板温度」に対してよりよい一致を示している。本願発明を用いることで、例えば７３０ｍｍ×９２０ｍｍのサイズの大型のガラス基板を被加熱体とし、高速昇温（図８（ａ）および（ｂ）では、約３．３℃／ｓｅｃの温度上昇）、短時間保持、高速降温を行なう場合であっても、被加熱体の温度を、リアルタイムで十分に高い精度で推定することができることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の温度推定装置の一例を備えて構成される、本発明の加熱システムの一例について説明する図であり、（ａ）は加熱ユニットの概略上面断面図、（ｂ）は加熱システム全体の概略正面断面図、（ｃ）は加熱ユニットの概略側面断面図を示す。
【図２】図１（ａ）中の一部を拡大して示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、図１に示す加熱システムを構成する、第１保護管および第１の熱電対について説明する図であり、（ａ）は第１保護管の概略斜視図、（ｂ）は第１保護管の概略上面断面図である。
【図４】図１に示す加熱システムを構成する、第２保護管および第２の熱電対について説明する概略斜視図である。
【図５】図１に示す加熱システムを構成する制御装置の概略構成図である。
【図６】図１に示す加熱システムで実施する加熱処理における、被加熱体の時系列温度条件を示すグラフである。
【図７】本発明の温度推定方法の一例を用いて導出される推定値に基いて実施される、加熱処理方法の一例のフローチャートである。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明の温度推定方法で導出される温度推定値について説明するグラフであり、（ａ）は、温度センサ計測値と実際の基板温度の測定値それぞれのグラフの一例であり、（ｂ）は、（ａ）に示す温度センサ計測値と本願発明におけるモデルの一例とを用いて導出した基板温度の推定値のグラフの一例である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  加熱システム
１１  ガラス基板
１２  加熱ユニット
１４  制御ユニット
２２  筐体
２４  コイルユニット
２４ａ〜２４ｅ  部分コイル
２６  石英チャンバ
２８  グラファイト加熱源
２９  表面部分
３０、３２  インジェクター管
３４  基板用熱電対保護管（第１保護管）
３６  過昇温検知用熱電対保護管（第２保護管）
３８  ボード
３９  石英サセプタ
４０  整合ユニット
４１  ＣＰＵ
４０ａ〜４０ｅ  整合器
４２  インバータユニット
４２ａ〜４２ｅ  インバータ
４３  メモリ
４４  制御装置
４５  計測値取得部
４７  推定値導出部
４９  温度制御部
５０ａ〜５０ｅ  基板用熱電対（第１の熱電対）
５１ａ〜５１ｅ  接点
６０ａ〜６０ｅ  過昇温検知用熱電対（第２の熱電対）
６２  管路
６６ａ〜６６ｅ  ダミー部材
６９  固定ピン
７２ａ〜７２ｅ  土台部
７４ａ〜７４ｅ  板状部
７６ａ〜７６ｅ  測温部分
７８ａ〜７８ｅ、８２ａ〜８２ｅ  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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