(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置された複数のヒータユニットと、
前記複数のヒータユニットで加熱する対象物の温度を測定する温度センサと、
前記複数のヒータユニットの発熱を制御する温度制御部と、
を具備し、
前記複数のヒータユニットの各々は、複数の発熱部及び前記複数の発熱部によって発熱される複数の発熱領域を備え、
前記温度制御部は、
前記複数のヒータユニットが設置される真空処理装置の複数の運転モードに対応して予め設定され、かつ、前記温度センサで測定された測定温度が設定温度よりオーバーシュ−トし難い範囲の大きさの熱流束である複数の設定熱流束を記憶し、制御時の運転モードに対応する対応設定熱流束に基づいて、前記対応設定熱流束を出力する先行熱流束設定部と、
前記測定温度と前記設定温度との温度差に基づいて、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行って制御熱流束を出力するＰＩＤ制御部と、
複数の基板加熱モードに対応して予め設定された前記複数の発熱領域に対する係数値の複数のグループを記憶し、前記複数のグループのうちの前記制御時の基板加熱モードに対応する対応グループを出力する比率設定部と、
を備え、
前記温度制御部は、
前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域に対応して予め設定された複数の係数値と、前記温度差に基づいて、前記測定温度が前記設定温度になるように、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御し、
前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御する基板加熱ヒータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の基板加熱ヒータシステムにおいて、
前記複数のヒータユニットの各々は、平面に分布してあり、複数の発熱部を有し、
前記温度制御部は、前記複数の係数値と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱部における熱流束をそれぞれ制御する基板加熱ヒータシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の基板加熱ヒータシステムにおいて、
前記複数のヒータユニットの各々は、少なくとも一つの棒状ヒータを含み、
前記棒状ヒータは、複数の発熱部を有し、
前記温度制御部は、前記複数の係数値と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱部における熱流束をそれぞれ制御する基板加熱ヒータシステム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板加熱ヒータシステムにおいて、
前記温度制御部は、前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差以上のとき、前記対応設定熱流束及び前記制御熱流束に替わって、予め設定されるとともに所定の温度勾配で変化する第１起動用設定熱流束を出力する先行熱流束変更部を更に備え、
前記測定温度と前記設定温度との差が前記第１温度差以上のとき、
前記比率設定部は、前記複数の基板加熱モードの一つである起動昇温モードと判断して、前記起動昇温モードに対応した前記対応グループとしての起動用対応グループを出力し、
前記温度制御部は、前記第１起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御し、
前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差以上前記第１温度差未満のとき、
前記先行熱流束変更部は、前記第１起動用設定熱流束に替わって、予め設定された第２起動用設定熱流束を出力し、
前記比率設定部は、前記起動用対応グループを出力し、
前記温度制御部は、前記第２起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御し、
前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差未満のとき、
前記先行熱流束設定部は、制御時の運転モードに対応する前記対応設定熱流束を出力し、
前記ＰＩＤ制御部は、前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記制御熱流束を出力し、
前記比率設定部は、前記複数の基板加熱モードの一つである制御自動モードと判断して、前記制御自動モードに対応した対応グループとしての制御自動用対応グループを出力し、
前記温度制御部は、前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記制御自動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御する基板加熱ヒータシステム。
【請求項５】
製膜室内に設けられ、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板加熱ヒータシステムと、
前記製膜室内に設けられ、基板を保持可能で、前記基板加熱ヒータで加熱され、接地電極となる基板保持部と、
前記製膜室内に設けられ、前記基板保持部と対向するように設けられる放電電極と
を具備する真空処理装置。
【請求項６】
基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法であって、
ここで、前記基板ヒータシステムは、
並列に配置された複数のヒータユニットと、
前記複数のヒータユニットで加熱する対象物の温度を測定する温度センサと、
前記複数のヒータユニットの発熱を制御する温度制御部と、
を備え、
前記複数のヒータユニットの各々は、複数の発熱領域を含み、
前記温度制御方法は、
（ａ）温度制御部が、前記温度センサで測定された測定温度を取得するステップと、
（ｂ）温度制御部が、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域に対応して予め設定された複数の係数値と設定温度と前記測定温度とに基づいて、前記測定温度が前記設定温度になるように、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御するステップと
を具備し、
前記（ａ）ステップは、
（ａ１）温度制御部が、前記複数のヒータユニットが設置される真空処理装置の複数の運転モードうち、制御時の運転モードを取得するステップを備え、
（ａ２）温度制御部が、複数の基板加熱モードのうち、制御時の基板加熱モードを取得するステップを備え、
前記（ｂ）ステップは、
（ｂ２）前記温度制御部が、前記複数の係数値と前記測定温度と前記設定温度とに加えて、前記複数の運転モードに対応して予め設定され、且つ、前記測定温度が前記設定温度よりオーバーシュートし難い範囲の大きさの熱流束である複数の設定熱流束のうちの前記制御時の運転モードに対応する対応設定熱流束に基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御するステップと、
（ｂ３）前記温度制御部が、前記測定温度と前記設定温度との温度差に基づいて、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行って制御熱流束を出力するステップと、
（ｂ４）前記温度制御部が、前記複数の基板加熱モードに対応して予め設定された前記複数の発熱領域に対する係数値の複数のグループのうちの前記制御時の基板加熱モードに対応する対応グループを出力するステップと、
（ｂ５）前記温度制御部が、前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御するステップと、
を備える温度制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の温度制御方法において、
ここで、前記基板ヒータシステムは、
前記複数のヒータユニットの各々が、平面に分布してあり、複数の発熱部を有し、
前記（ｂ）ステップは、
（ｂ１）温度制御部が、前記複数の係数値と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記測定温度が前記設定温度になるように、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱部における熱流束をそれぞれ制御するステップを備える温度制御方法。
【請求項８】
請求項６に記載の温度制御方法において、
ここで、前記基板ヒータシステムは、
前記複数のヒータユニットの各々が、少なくとも一つの棒状ヒータを含み、
前記棒状ヒータは、複数の発熱部を有し、
前記（ｂ）ステップは、
（ｂ１）温度制御部が、前記複数の係数値と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記測定温度が前記設定温度になるように、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱部における熱流束をそれぞれ制御するステップを備える温度制御方法。
【請求項９】
請求項６に記載の温度制御方法において、
（ｃ）前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差以上のとき、前記温度制御部が、前記対応設定熱流束及び前記制御熱流束に替わって、予め設定された第１起動用設定熱流束を出力するステップと、
（ｄ）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差以上前記第１温度差未満のとき、前記温度制御部が、前記第１起動用設定熱流束に替わって、予め設定された第２起動用設定熱流束を出力するステップと、
（ｅ）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差未満のとき、前記温度制御部が、制御時の運転モードに対応する前記対応設定熱流束を出力するステップと、
を更に具備し、
前記（ｂ３）ステップは、
（ｂ３１）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差未満のとき、前記温度制御部が、前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記制御熱流束を出力するステップを備え、
前記（ｂ４）ステップは、
（ｂ４１）前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差以上のとき、前記温度制御部が、前記複数の基板加熱モードの一つである起動昇温モードと判断して、前記起動昇温モードに対応した前記対応グループとしての起動用対応グループを出力するステップと、
（ｂ４２）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差以上前記第１温度差未満のとき、前記温度制御部が、前記起動用対応グループを出力するステップと、
（ｂ４３）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差未満のとき、前記温度制御部が、前記複数の基板加熱モードの一つである制御自動モードと判断して、前記制御自動モードに対応した対応グループとしての制御自動用対応グループを出力するステップと、を備え、
前記（ｂ５）ステップは、
（ｂ５１）前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差以上のとき、前記温度制御部が、前記第１起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御するステップと、
（ｂ５２）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差以上前記第１温度差未満のとき、前記温度制御部は、前記第２起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御するステップと、
（ｂ５３）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差未満のとき、前記温度制御部が、前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記制御自動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニットの前記複数の発熱領域における熱流束をそれぞれ制御するステップと、
を更に備える温度制御方法。
【請求項１０】
（ｆ）前記製膜室内で、加熱する対象物としての基板保持部に基板を保持する工程と、
（ｇ）請求項６乃至９のいずれか一項に記載の温度制御方法を用いて、前記基板保持部及び前記基板を加熱する工程と、
（ｈ）前記製膜室内で、接地電極としての前記基板保持部と前記基板保持部と対向するように設けられた放電電極との間で原料ガスのプラズマを発生させ、前記基板上に薄膜を製膜する工程とを具備する薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板加熱ヒータシステム、真空処理装置、温度制御方法、及び薄膜製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空処理装置としてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、スパッタリング装置、及びドライエッチング装置が知られている。それら真空処理装置において基板が処理される際、その基板は基板加熱ヒータシステムにより加熱される。これにより、その基板は所望の基板温度になる。
【０００３】
真空処理装置に設置する基板における面内温度の均一化は、基板上に製膜される薄膜の膜質の均一化に重要であるだけでなく、基板の反りの抑制に重要である。特に、１ｍ×１ｍを越える大面積基板において、基板の面内温度分布が３０℃を越えると、基板にバックリング変形が発生する場合がある。ここで、バックリング変形とは、基板の中心部と周辺部との温度差により、中心部の熱変形と周辺部の熱変形とが相違して、基板がうねるような複雑な変形を起こす現象をいう。バックリング変形が発生すると、（イ）変形が回復するには基板面内の温度分布が略均一化する必要があり、それまで長い待ち時間を要する、（ロ）変形が回復しないまま製膜すると温度分布や基板電位状態の分布のために膜質や膜厚が不均一になる、（ハ）変形が回復しないまま基板を製膜室に出入させようとすると、基板の端が製膜室内の治具にぶつかり、基板が損傷する、などの弊害が発生する。したがって、基板の大面積化に伴い、ますます基板の面内温度分布をできるだけ抑制する技術が望まれる。
【０００４】
関連する技術として特開２００４−１２８２７８号公報に、基板加熱制御システム及び基板加熱制御方法が開示されている。この基板加熱制御システムは、ヒータと、ヒータカバーと、ヒータ温度測定部と、ヒータカバー温度測定部と、入力部と、第１のＰＩＤ制御部と、記憶部と、モード切替部と、制御部と、第２のＰＩＤ制御部と、サイリスタとを具備する。ヒータは、基板を加熱する。ヒータカバーは、該ヒータを覆う。ヒータ温度測定部は、前記ヒータの温度を測定し、出力する。ヒータカバー温度測定部は、前記ヒータカバーの温度を測定し、出力する。入力部は、前記ヒータカバーの設定温度を入力する。第１のＰＩＤ制御部は、前記ヒータカバーの温度設定値と、前記ヒータカバーの温度測定値とを受けて、該設定値と該測定値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第１の指令値を出力する。記憶部は、予め設定された複数の温度管理モードを記憶する。モード切替部は、前記ヒータカバーの温度測定値に基づいて、前記温度管理モードを記憶部より読み出し、前記温度管理モードを切り替える。制御部は、前記温度管理モードで制御を行い、第２の指令値を出力する。第２のＰＩＤ制御部は、前記ヒータの温度測定値と、前記第１の指令値または第２の指令値とを受けて、該測定値と該指令値との差分変化を算出し、該差分変化に対するＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、第３の指令値を出力する。サイリスタは、前記第３の指令値に基づいて、該ヒータへの電力制御を行う。
【０００５】
特開２００５−１４２０５２号公報に、基板加熱ヒータが開示されている。この基板加熱ヒータは、複数の棒状ヒータと、前記複数の棒状ヒータの各々と接続される複数の温度制御部とを具備する。前記各々の棒状ヒータは複数の発熱部を有する。前記複数の温度制御部は前記複数の発熱部における熱流束をそれぞれ制御する。前記各々の棒状ヒータは、第１発熱部と、第２発熱部と、第３発熱部を前記複数の発熱部として含んでいても良い。そのとき、前記第２発熱部は前記第１発熱部と前記第３発熱部の間に位置する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１２８２７８号
【特許文献２】特開２００５−１４２０５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
１ｍ×１ｍを越える大面積基板にて、様々な装置の運転条件において温度分布を均一とするには、発熱部を更に細かく温度制御することが一般に行われる。しかし大きな熱容量のために、従来のＰＩＤ制御では安定まで時間を要したり、隣接する発熱部の熱伝導の影響を受けてハンチングを発生したりして、生産装置に適用することに支障を生じていた。
本発明の目的は、様々な装置の運転状況において、基板を設置される装置の状態や基板加熱条件に合わせて熱流束の分布を制御することができる基板加熱ヒータシステム、並びに、それを用いた真空処理装置、温度制御方法、及び薄膜製造方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、大面積基板に対しても、基板温度の分布が最適になるように熱流束を制御することができる基板加熱ヒータシステム、並びに、それを用いた真空処理装置、温度制御方法、及び薄膜製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、大面積基板に対しても、基板温度の分布を低く抑えながら短時間で所望の基板温度に到達可能な基板加熱ヒータシステム、並びに、それを用いた真空処理装置、温度制御方法、及び薄膜製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明の基板加熱ヒータシステムは、複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）と、温度センサ（３）と、温度制御部（２）とを具備する。複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）は、並列に配置されている。温度センサ（３）は、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）で加熱する対象物（６１）の温度を測定する。基板（６２）の温度分布は基板（６２）が設置されるヒータカバー（６０）温度分布が略転写されるので、ヒータカバー（６０）の温度分布を均一にすることが重要である。温度センサ（３）はヒータカバー（６０）の温度を目標設定温度になるような適切にモニターできる位置に設置する。通常はヒータカバー（６０）の温度を略均一な温度分布となるよう熱流束制御するので、ヒータカバー（６０）の中央付近に温度センサ（３）設置する。温度制御部（２）は、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の発熱を制御する。前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の各々は、複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３／Ｂ１〜Ｂ３／Ｃ１〜Ｃ３／Ｄ１〜Ｄ３／Ｅ１〜Ｅ３）を備える。前記温度制御部（２）は、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）に対応して予め設定された複数の係数値（１５ａ）と前記測定温度と設定温度とに基づいて、前記測定温度が前記設定温度になるように、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。この前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）に対応するそれぞれの熱流束を制御することにより、ヒータカバー（６０）の温度分布が略均一となる。
本発明では、複数の発熱領域の各々に対応した係数値が予め設定されているので、一つの温度センサ（３）の測定温度と複数の係数値とを用いることで、ヒータカバー（６０）の温度分布が略均一とするのに適する複数の発熱領域の各々の熱流束を容易に算出することができる。それにより、各運転状況における制御開始の初期段階から必要な熱流束を与えるので、整定時温度に到達するまでの制御が容易になると共に、温度分布も小さく抑えることが可能となる。
【００１２】
上記の基板加熱ヒータシステムにおいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の各々は、平面に分布してあり、複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）を有する。すなわち、基板ヒータ（４０）の加熱対象物（６１）に対向する平面内に複数の発熱部を有した構造となるものを用いることが出来る。前記温度制御部（２）は、前記複数の係数値（１５ａ）と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００１３】
上記の基板加熱ヒータシステムにおいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の各々は、例えば少なくとも一つの棒状の形状をしたヒータ（２０−ｉ〜２０−ｊ、ｉ≦ｊ）を含む。前記棒状ヒータ（２０−ｉ〜２０−ｊ）は、複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）を有する。前記温度制御部（２）は、前記複数の係数値（１５ａ）と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００１４】
上記の基板加熱ヒータシステムにおいて、前記温度制御部（２）は、前記複数の係数値（１５ａ）と前記測定温度と前記設定温度とに加えて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）が設置される真空処理装置（１００）の複数の運転モードに対応してヒータカバー（６０）の温度分布が均一になるように、予め設定された複数の設定熱流束のうち、制御時の運転モードに対応する対応設定熱流束に基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御して、迅速に設定温度に変化させる。
【００１５】
上記の基板加熱ヒータシステムにおいて、前記温度制御部（２）は、先行熱流束設定部（６）と、ＰＩＤ制御部（８）と、比率設定部（１２）とを備える。先行熱流束設定部（６）は、前記複数の設定熱流束を記憶し、前記対応設定熱流束を出力する。ＰＩＤ制御部（８）は、前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行って制御熱流束を出力する。比率設定部（１２）は、複数の基板加熱モードに対応して予め設定された前記複数の係数値の複数のグループを記憶し、前記複数のグループのうちの前記制御時の基板加熱モードに対応する対応グループを出力する。前記温度制御部（２）は、前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００１６】
上記の基板加熱ヒータシステムにおいて、前記温度制御部（２）は、前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差（ΔＴ（ｃ））以上のとき、前記対応設定熱流束及び前記制御熱流束に替わって、予め設定された第１起動用設定熱流束を出力する先行熱流束変更部（１１）を更に備える。前記測定温度と前記設定温度との差が前記第１温度差（ΔＴ（ｃ））以上のとき、以下のようである。すなわち、前記比率設定部（１２）は、前記複数の基板加熱モードの一つである起動昇温モードと判断して、前記起動昇温モードに対応した前記対応グループとしての起動用対応グループを出力する。前記温度制御部（２）は、前記第１起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００１７】
上記の基板加熱ヒータシステムにおいて、前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））以上前記第１温度差（ΔＴ（ｃ））未満のとき、以下のようである。すなわち、前記先行熱流束変更部（１１）は、前記第１起動用設定熱流束に替わって、予め設定された第２起動用設定熱流束を出力する。前記比率設定部（１２）は、前記起動用対応グループを出力する。前記温度制御部（２）は、前記第２起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００１８】
上記の基板加熱ヒータシステムにおいて、前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））未満のとき、以下のようである。すなわち、前記先行熱流束設定部（６）は、制御時の運転モードに対応する前記対応設定熱流束を出力する。前記ＰＩＤ制御部（８）は、前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記制御熱流束を出力する。前記比率設定部（１２）は、前記複数の基板加熱モードの一つである制御自動モードと判断して、前記制御自動モードに対応した対応グループとしての制御自動用対応グループを出力する。前記温度制御部（２）は、前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記制御自動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００１９】
本発明の真空処理装置は、基板加熱ヒータシステム（５２）と、基板保持部（６１）と、放電電極（８１）とを具備する。基板加熱ヒータシステム（５２）は、製膜室（８０）内に設けられ、上記段落に記載されている。基板保持部（６１）は、前記製膜室（８０）内に設けられ、基板（６２）を保持可能で、前記基板加熱ヒータ（５２）で加熱され、接地電極となる。放電電極（８１）は、前記製膜室（８０）内に設けられ、前記基板保持部（６１）と対向するように設けられる。
【００２０】
本発明の温度制御方法は、基板加熱ヒータシステムを用いている。ここで、前記基板ヒータシステム（５２）は、並列に配置された複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）と、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）で加熱する対象物（６０）の温度を測定する温度センサ（３）と、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の発熱を制御する温度制御部（２）とを備える。前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の各々は、複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３／Ｂ１〜Ｂ３／Ｃ１〜Ｃ３／Ｄ１〜Ｄ３／Ｅ１〜Ｅ３）を含む。前記温度制御方法は、（ａ）温度制御部（２）が、前記測定温度を取得するステップと、（ｂ）温度制御部（２）が、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）に対応して予め設定された複数の係数値（１５ａ）と設定温度と前記測定温度とに基づいて、前記測定温度が前記設定温度になり、ヒータカバー（６０）温度分布が略均一となるように、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御するステップとを具備する。
【００２１】
上記の温度制御方法において、ここで、前記基板ヒータシステム（５２）は、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の各々が、平面に分布してあり、複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）を有する。すなわち、基板ヒータ（４０）の加熱対象物（６１）に対向する平面内に複数の発熱部を有した構造となるものを用いることが出来る。前記（ｂ）ステップは、（ｂ１）温度制御部（２）が、前記複数の係数値（１５ａ）と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記測定温度が前記設定温度になり、ヒータカバー（６０）の温度分布が略均一になるように、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）における熱流束をそれぞれ制御するステップを備える。
【００２２】
上記の温度制御方法において、ここで、前記基板ヒータシステム（５２）は、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の各々が、少なくとも一つの棒状ヒータ（２０−ｉ〜２０−ｊ、ｉ≦ｊ）を含む。前記棒状ヒータ（２０−ｉ〜２０−ｊ）は、複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）を有する。前記（ｂ）ステップは、（ｂ１）温度制御部（２）が、前記複数の係数値（１５ａ）と前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記測定温度が前記設定温度になり、ヒータカバー（６０）の温度分布が略均一になるように、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱部（２６ａ〜２６ｃ）における熱流束をそれぞれ制御するステップを備える。
【００２３】
上記の温度制御方法において、前記（ａ）ステップは、（ａ１）温度制御部（２）が、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）が設置される真空処理装置（１００）の複数の運転モードのうち、制御時の運転モードを取得するステップを備える。前記（ｂ）ステップは、（ｂ２）前記温度制御部（２）が、前記複数の係数値（１５ａ）と前記測定温度と前記設定温度とに加えて、前記複数の運転モードに対応して予め所望の運転モードにてヒータカバー（６０）温度が略均一になるように設定され、複数の設定熱流束のうちの前記制御時の運転モードに対応する対応設定熱流束に基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００２４】
上記の温度制御方法において、前記（ａ）ステップは、（ａ２）温度制御部（２）が、複数の基板加熱モードのうち、制御時の基板加熱モードを取得するステップを備える。前記（ｂ）ステップは、（ｂ３）前記温度制御部（２）が、前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行って制御熱流束を出力するステップと、（ｂ４）前記温度制御部（２）が、前記複数の基板加熱モードに対応して予め設定された前記複数の係数値の複数のグループのうちの前記制御時の基板加熱モードに対応する対応グループを出力するステップと、（ｂ５）前記温度制御部（２）が、前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００２５】
上記の温度制御方法は、（ｃ）前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差（ΔＴ（ｃ））以上のとき、前記温度制御部（２）が、前記対応設定熱流束及び前記制御熱流束に替わって、予め設定された第１起動用設定熱流束を出力するステップを更に具備する。前記（ｂ４）ステップは、（ｂ４１）前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差（ΔＴ（ｃ））以上のとき、前記温度制御部（２）が、前記複数の基板加熱モードの一つである起動昇温モードと判断して、前記起動昇温モードに対応した前記対応グループとしての起動用対応グループを出力するステップを備える。前記（ｂ５）ステップは、（ｂ５１）前記測定温度と前記設定温度との差が第１温度差（ΔＴ（ｃ））以上のとき、前記温度制御部（２）が、前記第１起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御するステップを備える。
【００２６】
上記の温度制御方法は、（ｄ）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））以上前記第１温度差（ΔＴ（ｃ））未満のとき、前記温度制御部（２）が、前記第１起動用設定熱流束に替わって、予め設定された第２起動用設定熱流束を出力するステップを更に具備する。前記（ｂ４）ステップは、（ｂ４２）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））以上前記第１温度差（ΔＴ（ｃ））未満のとき、前記温度制御部（２）が、前記起動用対応グループを出力するステップを更に備える。前記（ｂ５）ステップは、（ｂ５２）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））以上前記第１温度差（ΔＴ（ｃ））未満のとき、前記温度制御部（２）は、前記第２起動用設定熱流束と前記起動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御するステップを更に備える。
【００２７】
上記の温度制御方法は、（ｅ）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））未満のとき、前記温度制御部（２）が、制御時の運転モードに対応する前記対応設定熱流束を出力するステップを更に具備する。前記（ｂ３）ステップは、（ｂ３１）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））未満のとき、前記温度制御部（２）が、前記測定温度と前記設定温度とに基づいて、前記制御熱流束を出力するステップを備える。前記（ｂ４）ステップは、（ｂ４３）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））未満のとき、前記温度制御部（２）が、前記複数の基板加熱モードの一つである制御自動モードと判断して、前記制御自動モードに対応した対応グループとしての制御自動用対応グループを出力するステップを更に備える。前記（ｂ５）ステップは、（ｂ５３）前記測定温度と前記設定温度との差が第２温度差（ΔＴ（ａ））未満のとき、前記温度制御部（２）が、前記対応設定熱流束と前記制御熱流束と前記制御自動用対応グループとに基づいて、前記複数のヒータユニット（４１ａ〜４１ｅ）の前記複数の発熱領域（Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３）における熱流束をそれぞれ制御する。
【００２８】
本発明の薄膜製造方法は、（ｆ）前記製膜室（８０）内で、加熱する対象物としての基板保持部（６１）に基板（６２）を保持する工程と、（ｇ）請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の温度制御方法を用いて、前記基板保持部（６１）及び前記基板（６２）を加熱する工程と、（ｈ）前記製膜室（８０）内で、接地電極としての前記基板保持部（６１）と前記基板保持部（６１）と対向するように設けられた放電電極（８１）との間で原料ガスのプラズマを発生させ、前記基板（２）上に薄膜を製膜する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、様々な装置の運転状況において、基板を設置される装置の状態や基板加熱条件に合わせて熱流束の分布を制御することができる。加えて、大面積基板に対しても、基板温度の分布が最適になるように熱流束を制御することができる。更に、大面積基板に対しても、基板温度の分布を低く抑えながら短時間で所望の基板温度に到達可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の基板加熱ヒータシステム、真空処理装置、温度制御方法、及び薄膜製造方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３１】
まず、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた真空処理装置の実施の形態について説明する。図１は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた真空処理装置の実施の形態の構成を示す概略図である。真空処理装置１００は、製膜室８０、製膜ユニット８２、基板保持部６１、及び基板加熱ヒータシステム５２を具備する。
【００３２】
製膜室８０は、図示されない真空ポンプによって減圧され、図示されない原料ガス供給装置により原料ガス（例示：ＳｉＨ４＋Ｈ２）を供給される。製膜ユニット８２は、製膜室８０内に設けられている。製膜室８０は、図示されない電力供給システムに接続された放電電極（例えば梯子型電極）８１を備える。
【００３３】
基板保持部６１は、放電電極８１に対向するように設けられている。基板保持部６１は、ヒータカバー６０と均熱板５９とを有する。ヒータカバー６０は接地電極である。ヒータカバー６０は、放電電極８１に面した側に、放電電極８１に対向するように基板６２を保持可能な機構（図示されず）を有する。一方、他方の側に、均熱板５９を保持する。基板６２とヒータカバー６０とは面接触する。均熱板５９とヒータカバー６０とは面接触している。
【００３４】
基板加熱ヒータシステム５２は、基板保持部６１、特にヒータカバー６０が所望の温度と略均一な温度分布になるように加熱する。温度センサ３と、基板加熱ヒータ４０と、温度制御部２とを備える。温度センサ３は、ヒータカバー６０の任意の１点の温度を測定する。温度センサ３はヒータカバー６０の全体の温度を代表できることが望ましいので、複数点を計測して平均値を採用することでも良いが、ヒータカバー６０の温度分布は略均一となるように熱流束を設定しているので通常は中央付近１点の温度計測で十分である。但し、温度分布の異常を把握するためにモニター用温度計測点を必要に応じて多点設置して観察しても良い。熱電対に例示される。基板加熱ヒータ４０は、加熱機能を有する。複数の棒状ヒータ（ヒータカートリッジ）２０と、複数の集電ボックス３２とを有する。複数の棒状ヒータ２０は、加熱機能を有する。例示された棒状ヒータ２０の形態以外においても、同様に基板ヒータ４０の加熱対象物６１に対向する平面内に複数の発熱部を有した構造となるものを用いることが出来る。複数の集電ボックス３２は、複数の棒状ヒータ２０と電源（図示されず）とを接続する。温度制御部２は、基板加熱ヒータ４０を制御する。複数のヒータ制御部５０と、制御部４とを有する。これらは、パーソナルコンピュータやＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に例示される。複数のヒータ制御部５０は、複数の棒状ヒータ２０への電力の供給を制御する。制御部４は、温度センサ３の測定結果に基づいて複数のヒータ制御部５０を制御する。複数のヒータ制御部５０は、製膜室８０外部にあってもよい。制御部４も同様である。
【００３５】
本発明では、基板６２は、図示されない基板搬送台車により製膜室８０に搬入され、ヒータカバー６０に保持される。基板搬送台車が製膜室８０から出た後、ヒータカバー６０は放電電極８１の方へ移動する。基板処理時において、基板６２は均熱板５９及びヒータカバー６０を介して、温度制御部２に制御された基板ヒータ４０により加熱され適切な温度に保たれる。
【００３６】
次に、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態について説明する。図２は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態の構成を示す概略図である。基板加熱ヒータシステム５２において、温度センサ３は、基板保持部６１のヒータカバー６０の中心部の温度を測定する。温度制御部２の制御部４は、温度センサ３の測定結果に基づいて複数のヒータ制御部５０を制御する。温度制御部２の複数のヒータ制御部５０の各々は、制御部４のＭＶ値を指示する制御に基づいて複数の棒状ヒータ２０のうちの対応するものへの電力の供給を制御する。複数の棒状ヒータ２０の各々は、複数の棒状ヒータ２０のうちの対応するものからの電力の供給により、均熱板５９及びヒータカバー６０を加熱する。上記の各制御については後述する。
【００３７】
図３は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における棒状ヒータの構成を示す概略図である。棒状ヒータ２０は、順に上部発熱部２６ａ、中央発熱部２６ｃ、下部発熱部２６ｂを備える。これらの発熱部は棒状ヒータ２０の長手方向に沿って分布している。棒状ヒータ２０の上部発熱部２６ａ側の端部には、上部非発熱部２８ａが、下部発熱部２６ｂ側の端部には下部非発熱部２８ｂが存在する。これら非発熱部により地絡を防止して、また集電ボックス３２の温度上昇を抑制して、発熱部に電力の供給を安定して行えるようになっている。
【００３８】
棒状ヒータ２０の外殻は管体３０である。管体３０は屈曲部３１を有し、下部発熱部２６ｂ及び下部非発熱部２８ｂの一部で屈曲している。これは下部非発熱部２８ｂを基板保持部６１（矢印Ｖ方向）から隔離するためである。棒状ヒータ２０の一端部は、集電ボックス３２に接続される。集電ボックス３２は、端子台３３を備える。端子台３３には、導入パイプ３４を用いて、この周囲をＯリング等で真空シールすることで、真空雰囲気である製膜室８０の壁面を通過して大気下の外部へと通された導電線３５が接続される。導電線３５は、ヒータ制御部５０に接続されている。
【００３９】
管体３０の内部には、複数の発熱部に対応するように、例えば発熱素線をコイル状に巻くことで発熱密度を調整した複数の発熱エレメント（発熱体）が設けられている。すなわち、上部発熱部２６ａに対応するように上部発熱エレメント２２ａが配設される。また、中央発熱部２６ｃに対応するように中央発熱エレメント２２ｃが配設される。また、下部発熱部２６ｂに対応するように下部発熱エレメント２２ｂが配設される。上部発熱エレメント２２ａは、両端を端子台３３に接続された導電線２４ａの途中に接続されている。中央発熱エレメント２２ｃは、両端を端子台３３に接続された導電線２４ｃの途中に接続されている。下部発熱エレメント２２ｂは、両端を端子台３３に接続された導電線２４ｂの途中に接続されている。管体３０の内部の空所は、各発熱エレメント２２ａ、２２ｃ、２２ｂと各導電線２４ａ、２４ｃ、２４ｂにおいて内部短絡が発生しないように、ＭｇＯなどからなる絶縁物で充填されていてもよい。
【００４０】
導電線２４ａ、２４ｃ、２４ｂには、複数のヒータ制御部５０から導電線３５を介して電力が供給される。導電線２４ａ、２４ｃ、２４ｂに電力が供給されると、上部発熱エレメント２２ａ、中央発熱エレメント２２ｃ、及び下部発熱エレメント２２ｂがそれぞれ発熱する。ここで、導電線２４ａ、２４ｃ、２４ｂへ供給される電力は、その複数の温度制御部５０によって、それぞれ別々に制御される。すなわち、上部発熱エレメント２２ａ、中央発熱エレメント２２ｃ、及び下部発熱エレメント２２ｂにおける熱流束は、それぞれ別々に制御される。これにより、棒状ヒータ２０の熱流束の分布、特に長手方向の熱流束の分布を制御することが可能になる。
【００４１】
管体３０は屈曲部３１を有しているので、下部非発熱部２６ｂの一部や集電ボックス３２などの配線部は基板保持部６１（矢印Ｖ方向）から離れて位置するようになる。これにより、基板保持部６１は、発熱が制御された部分に遮蔽物なく対面することができる。
【００４２】
図４は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における基板加熱ヒータの構成を示す概略図である。基板加熱ヒータ４０は、複数の棒状ヒータ２０を備える。基板６２を支持する基板保持部６１は、この基板加熱ヒータ４０に対向するように距離をおいて配置される。複数の棒状ヒータ２０は、同一面（図３中のＹＺ面）に沿い、互いに間隔をあけて略平行に配列されている。基板熱ヒータ４０の発熱部による発熱範囲１（一点鎖線で表示）は、概ね基板保持部６１の範囲に対応する。この配置により、基板熱ヒータ４０の発熱部を基板保持部６１に対して均一に配置することが可能である。棒状ヒータ２０と基板保持部６１とは密着するのではなく距離をおいて設置されるため、棒状ヒータ２０からは輻射伝熱を主体に基板保持部６１へ伝熱されるので、複数の棒状ヒータ２０のピッチ間に対応する基板保持部６１の領域も加熱される。また、多少の温度分布は、基板保持部６１内部の熱伝導により解消される。
【００４３】
複数の棒状ヒータ２０を並べる際のピッチ（間隔）は、基板保持部６１のＹ方向温度分布が均一になるように選定される。例えば、ピッチは、棒状ヒータ径の２〜４倍程度に設定される。基板加熱ヒータ４０は、いくつかの棒状ヒータ２０を一まとめにしたヒータユニットを複数有していると考えることができる。すなわち、基板加熱ヒータ４０は、Ｙ方向に並列に配置された複数のヒータユニット４１を備える。ここでは、ヒータユニット４１ａ〜４１ｅを備える。
【００４４】
基板保持部６１の両端付近は中央付近に比べて製膜室８０への伝熱損失量が多いため、中央付近よりも熱流束を大きめに設定できるようヒータユニット４１ａ〜４１ｅを構成する必要がある。すなわち、棒状ヒータ２０の構成本数を変えて、基板加熱ヒータ４０の両端に近いほど細かい発熱部制御が可能な構成とすることが望ましい。例えば、ヒータユニット４１ａは、三本の棒状ヒータ２０−１〜２０−３を有する。ヒータユニット４１ｂは、六本の棒状ヒータ２０−４〜２０−９を有する。ヒータユニット４１ｃは、十本の棒状ヒータ２０−１０〜２０−１９を有する。ヒータユニット４１ｄは、六本の棒状ヒータ２０−２０〜２０−２５を有する。ヒータユニット４１ｅは、三本の棒状ヒータ２０−２５〜２０−３０を有する。一つのヒータユニット４１は、一つの集電ボックス３２を備える。また、複数の棒状ヒータ２０が一つの集電ボックス３２に接続される。
【００４５】
複数の棒状ヒータ２０に対応して設けられる複数のヒータ制御部５０は、一つの棒状ヒータ２０を一つのヒータ制御部５０が制御していても良い。又は、同じヒータユニット４１に属する複数の棒状ヒータ２０を一つのヒータ制御部５０が制御していても良い。
【００４６】
棒状ヒータ２０あるいはヒータユニット４１を用いることは、棒状ヒータ２０を箱型の容器に収納する必要がないので、基板加熱ヒータ４０の軽量化、低コスト化において優れる。また、棒状ヒータ２０をＺ方向へ長尺化したり、新たな棒状ヒータ２０あるいはヒータユニット４１を適宜追加することによって、基板加熱ヒータ４０を容易に大型化することができる。すなわち、基板６２が大型になった場合でも、本発明に係る基板加熱ヒータ４０を容易に適用することが可能である。
【００４７】
上記のように各ヒータユニット４１は３つの発熱部（上部発熱部２６ａ、中央発熱部２６ｃ、下部発熱部２６ｂ）を有する。したがって、基板加熱ヒータ４０の発熱範囲１は（ヒータユニット４１の数）×（発熱部の数）だけの発熱領域を有する。それを示しているのが図５である。図５は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における基板加熱ヒータの発熱領域を示す模式図である。ここでは、発熱範囲１は、発熱領域Ａ１、Ａ２及びＡ３、発熱領域Ｂ１、Ｂ２及びＢ３、発熱領域Ｃ１、Ｃ２及びＣ３、発熱領域Ｄ１、Ｄ２及びＤ３、及び発熱領域Ｅ１、Ｅ２及びＥ３を含む。発熱領域Ａ１、Ａ２及びＡ３は、それぞれヒータユニット４１ａにおける上部発熱部２６ａ、中央発熱部２６ｃ及び下部発熱部２６ｂに対応する。発熱領域Ｂ１、Ｂ２及びＢ３は、それぞれヒータユニット４１ｂにおける上部発熱部２６ａ、中央発熱部２６ｃ及び下部発熱部２６ｂに対応する。発熱領域Ｃ１、Ｃ２及びＣ３は、それぞれヒータユニット４１ｃにおける上部発熱部２６ａ、中央発熱部２６ｃ及び下部発熱部２６ｂに対応する。発熱領域Ｄ１、Ｄ２及びＤ３は、それぞれヒータユニット４１ｄにおける上部発熱部２６ａ、中央発熱部２６ｃ及び下部発熱部２６ｂに対応する。発熱領域Ｅ１、Ｅ２及びＥ３は、それぞれヒータユニット４１ｅにおける上部発熱部２６ａ、中央発熱部２６ｃ及び下部発熱部２６ｂに対応する。
【００４８】
本発明では、上記複数の発熱領域Ａ１〜Ａ３、…、Ｅ１〜Ｅ３の各々ごとに、温度を制御することで、基板保持部６１及び基板６２の温度分布をより小さく抑えることができる。なお、ここでは、発熱範囲１を１５分割しているが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、棒状ヒータ２０をＺ方向へ長尺化して発熱部が増加したり、新たな棒状ヒータ２０を追加してヒータユニット４１が増加した結果として発熱範囲１が大きくなった場合、発熱範囲１を更に多数に分割しても良い。発熱範囲１が小さくなった場合、発熱範囲１を少数に分割しても良い。
【００４９】
図６は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における温度制御部を示すブロック図である。この図は、温度制御部２の制御部４及びヒータ制御部５０が行う基板ヒータユニット４１の制御を示している。
【００５０】
制御部４は、先行熱流束設定部６、演算部７、ＰＩＤ制御部８、演算部９、モード切換部１０、先行熱流束変更部１１、比率設定部１２、リミッタ１３、及びＭＶ値変換部１４を備える。
【００５１】
先行熱流束設定部６は、真空処理装置１００の複数の運転モードに対応して、複数の先行熱流束Ｑｓを格納している。そして、モード切換部１０からの運転モード指令に基づいて、当該運転モード指令に対応する先行熱流束Ｑｓを演算部９へ出力する。
【００５２】
ここで、運転モードは、例えば、製膜を行っているときヒータカバー６０を介して基板６２を加熱する生産モード、製膜前にヒータカバー６０を介して基板６２を加熱するスタンバイモード、ヒータカバー６０が基板６２を保持する前にヒータカバー６０を加熱するベーキングモードである。先行熱流束Ｑｓは、基板加熱ヒータ４０が発する熱流束の指令値の一つであり、運転モードごとに予め所定の値（一定値）が設定されている。これは、ＰＩＤ制御で算出される制御熱流束ΔＱ（温度センサ３の測定結果に基づいて変動：後述）とは別に設けられる。本発明では、この先行熱流束Ｑｓをベースに用いて基板加熱ヒータ４０を制御することで、ヒータカバー６０を設定温度に迅速に到達させることができ、制御熱流束ΔＱを緩やかに補正制御することで、ハンチングの発生も防止することができる。
【００５３】
演算部７は、ヒータカバー６０の設定温度Ｔ（ＨＣ）ｓｅｔと温度センサ３から出力されたヒータカバー６０の温度Ｔ（ＨＣ）ｐｖとに基づいて、両者の差である温度差ΔＴ（ＨＣ）＝Ｔ（ＨＣ）ｓｅｔ−Ｔ（ＨＣ）ｐｖを算出して、ＰＩＤ制御部８及びモード切換部１０へ出力する。
【００５４】
ＰＩＤ制御部８は、ΔＴ（ＨＣ）に基づいて、比例制御、積分制御、及び微分制御のうちの少なくとも一つの制御（例示：ＰＩ制御）を実行し、基板加熱ヒータ４０が発する熱流束の指令値の一つである制御熱流束ΔＱを算出して、演算部９へ出力する。
【００５５】
演算部９は、先行熱流束設定部６から出力された先行熱流束ＱｓとＰＩＤ制御部８から出力された制御熱流束ΔＱとに基づいて、両者の和である熱流束Ｑ０＝Ｑｓ＋ΔＱを算出して、先行熱流束変更部１１へ出力する。
【００５６】
基板加熱ヒータ４０の加熱には、複数の基板加熱モードがある。基板加熱モードは、例えば、所定の温度以下の基板保持部６１を急速に昇温する起動昇温モード、先行熱流束を用いてＰＩＤ制御を行う制御自動モードである。先行熱流束変更部１１は、起動昇温モードに対応する起動昇温用熱流束Ｑ１（Ｑ１（ｔ）、Ｑ１Ｌ）を格納している。そして、モード切換部１０からの基板加熱モード指令に基づいて、演算部９から供給された熱流束Ｑ０及び起動昇温用熱流束Ｑ１（ｔ）、Ｑ１Ｌのうち、当該基板加熱モード指令に対応する方を熱流束Ｑとして比率設定部１２へ出力する。ここで出力される熱流束Ｑは、温度センサ３が温度測定をしている発熱領域に対する基板加熱ヒータ４０の熱流束を示している。
【００５７】
比率設定部１２は、複数の基板加熱モードに対応する複数の係数値テーブル１５を格納している。図７は、複数の係数値テーブルの一例を示す図である。図７（ａ）は制御自動モードに対応する係数値テーブル１５ａである。図７（ｂ）は起動昇温モードに対応する係数値テーブル１５ｂである。各係数値テーブル１５の各係数値は、発熱範囲１の各発熱領域（Ａ１、…、Ｅ３）に対応している。例えば、図７（ａ）を参照して、発熱領域Ａ１の係数値Ｃ（Ａ１）＝２．７である。以下同様に、Ｃ（Ａ２）＝１．８、Ｃ（Ａ３）＝３．５、Ｃ（Ｂ１）＝１．５、Ｃ（Ｂ２）＝１．０、Ｃ（Ｂ３）＝２．０、Ｃ（Ｃ１）＝１．５、Ｃ（Ｃ２）＝１．０、Ｃ（Ｃ３）＝２．０、Ｃ（Ｄ１）＝１．５、Ｃ（Ｄ２）＝１．０、Ｃ（Ｄ３）＝２．０、Ｃ（Ｅ１）＝２．７、Ｃ（Ｅ２）＝１．８、Ｃ（Ｅ３）＝３．５、である。図７（ｂ）も同様である。
【００５８】
比率設定部１２は、モード切換部１０からの基板加熱モード指令に基づいて、複数の係数値テーブル１５から当該基板加熱モード指令に対応する係数値テーブル１５を選択する。そして、先行熱流束変更部１１から出力された熱流束Ｑと選択された係数値テーブル１５とを掛け合わせて、各発熱領域の熱流束Ｑｒを算出し、リミッタ１３へ出力する。発熱範囲１が１５個の発熱領域を有する場合、１５個の熱流束Ｑｒを有する。図８は、各発熱領域の熱流束Ｑｒの一例を示す図である。図８（ａ）は制御自動モードに対応する各発熱領域の熱流束Ｑｒである。熱流束Ｑ＝０．３（Ｗ／ｃｍ２）の場合を示す。図８（ｂ）は起動昇温モードに対応する各発熱領域の熱流束Ｑｒである。熱流束Ｑ＝０．５（Ｗ／ｃｍ２）の場合を示す。例えば、図８（ａ）を参照して、発熱領域Ａ１の熱流束Ｑｒ（Ａ１）＝０．８１（Ｗ／ｃｍ２：以下略）である。以下同様に、Ｑｒ（Ａ２）＝０．５４、Ｑｒ（Ａ３）＝１．０５、Ｑｒ（Ｂ１）＝０．４５、Ｑｒ（Ｂ２）＝０．３、Ｑｒ（Ｂ３）＝０．６、Ｑｒ（Ｃ１）＝０．４５、Ｑｒ（Ｃ２）＝０．３、Ｑｒ（Ｃ３）＝０．６、Ｑｒ（Ｄ１）＝０．４５、Ｑｒ（Ｄ２）＝０．３、Ｑｒ（Ｄ３）＝０．６、Ｑｒ（Ｅ１）＝０．８１、Ｑｒ（Ｅ２）＝０．５４、Ｑｒ（Ｅ３）＝１．０５、である。例えば、発熱領域Ａ１の熱流束Ｑｒ（Ａ１）＝０．８１の場合、ヒータユニット４１ａに属する複数の棒状ヒータ２０の各々における上部発熱部２６ａは、熱流束Ｑｒ（Ａ１）＝０．８１（Ｗ／ｃｍ２）である。図８（ｂ）も同様である。
【００５９】
モード切換部１０は、上位制御装置（例示：真空処理装置１００の制御部、図示されず）からの信号、温度差ΔＴ（ＨＣ）又は作業者の入力に基づいて、先行熱流束設定部６へ運転モード指令を、先行熱流束変更部１１及び比率設定部１２へ基板加熱モード指令をそれぞれ出力する。
【００６０】
リミッタ１３は、熱流束Ｑｒが各棒状ヒータ２０の能力以上の熱流束になり異常発熱による機器損傷にならないように上限を設定している。比率設定部１２からの各発熱領域の熱流束Ｑｒについて、上限を制限しながらＭＶ値変換部１４へ出力する。棒状ヒータ２０の能力が十分に高ければ、省略しても良い。
【００６１】
ＭＶ値変換部１４は、各発熱領域の熱流束Ｑｒ（Ａ１）、…、Ｑｒ（Ｅ３）を、それぞれ各発熱領域のＭＶ値（Ａ１）、…、ＭＶ値（Ｅ３）へ変換する。そして、各発熱領域のＭＶ値（Ａ１）、…、ＭＶ値（Ｅ３）を、対応するヒータ制御部５０へ出力する。例えば、熱流束Ｑｒ（Ａ１）、Ｑｒ（Ａ２）＝０．５４、及びＱｒ（Ａ３）＝１．０５については、ＭＶ値（Ａ１）、ＭＶ値（Ａ２）、及びＭＶ値（Ａ３）へ変換する。そして、ＭＶ値（Ａ１）、ＭＶ値（Ａ２）、及びＭＶ値（Ａ３）を、ヒータユニット４１ａに属する複数の棒状ヒータ２０を制御する少なくとも一つのヒータ制御部５０へ出力する。
【００６２】
ヒータ制御部５０は、電流値変換部１５、及びパワーコントローラ１６とを備える。
電流値変換部１５は、ＭＶ値変換部１４から供給されたＭＶ値を棒状ヒータ２０における電流値Ｉへ変換して、パワーコントローラ１６へ出力する。例えば、ヒータユニット４１ａに属する複数の棒状ヒータ２０を制御する少なくとも一つのヒータ制御部５０において、電流値変換部１５は、ＭＶ値変換部１４から供給されたＭＶ値（Ａ１）、ＭＶ値（Ａ２）、及びＭＶ値（Ａ３）を棒状ヒータ２０における電流値Ｉ（Ａ１）、Ｉ（Ａ２）、Ｉ（Ａ３）へ変換して、パワーコントローラ１６へ出力する。
【００６３】
パワーコントローラ１６は、電流値変換部１５から供給される電流値Ｉに基づいて、棒状ヒータ２０に電流値Ｉの大きさを有する電流を流す。例えば、ヒータユニット４１ａに属する複数の棒状ヒータ２０を制御する少なくとも一つのヒータ制御部５０において、パワーコントローラ１６は、電流値変換部１５から供給された電流値Ｉ（Ａ１）、電流値Ｉ（Ａ２）、電流値Ｉ（Ａ３）に基づいて、棒状ヒータ２０の電流値Ｉ（Ａ１）の大きさを有する電流を上部発熱部２６ａに、電流値Ｉ（Ａ２）の大きさを有する電流を中部発熱部２６ｃに、電流値Ｉ（Ａ３）の大きさを有する電流を下部発熱部２６ｂにそれぞれ流す。
【００６４】
棒状ヒータ２０の発熱により、均熱板５９及びヒータカバー６０が加熱され、昇温する。それにより、ヒータカバー６０上に基板６２が保持されていれば、基板６２が昇温される。ヒータカバー６０の温度は、温度センサ３により計測され、制御部４へフィードバックされる。
【００６５】
以下、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態について説明する。図９は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態にを示すフロー図である。
【００６６】
（１）ステップＳ０１
演算部７は、ヒータカバー６０の設定温度Ｔ（ＨＣ）ｓｅｔと温度センサ３からのヒータカバー６０の温度Ｔ（ＨＣ）ｐｖとの差である温度差ΔＴ（ＨＣ）を算出して、モード切換部１０及びＰＩＤ制御部８へ出力する。
モード切換部１０は、ΔＴ（ＨＣ）≧０か否かを判断する。ΔＴ（ＨＣ）＜０の場合（Ｎｏ）、モード切換部１０は制御自動モードと判断し、ステップＳ０４へ進む。ΔＴ（ＨＣ）≧０の場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ０２へ進む。
（２）ステップＳ０２
モード切換部１０は、予め設定された基準となる温度差ΔＴ（ａ）を格納している。そして、ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ａ）か否かを判断する。ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ａ）の場合（Ｎｏ）、モード切換部１０は起動昇温モードと判断し、ステップＳ０３へ進む。ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ａ）の場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ０４へ進む。
（３）ステップＳ０３
起動昇温モードで基板加熱ヒータ４０の温度制御を行う。
（４）ステップＳ０４
制御自動モードで基板加熱ヒータ４０の温度制御を行う。
【００６７】
以上のようにして、基板加熱ヒータ４０の温度制御を行い、ヒータカバー６０を所望の温度にすることができる。
【００６８】
本発明では、温度制御の基板加熱モードを、設定温度と測定温度との温度差が大きいときに適用する起動昇温モードと、設定温度と測定温度との温度差が小さいときに適用する制御自動モードとに分けている。したがって、状況に応じて基板加熱モードを使い分けることで、温度分布を小さく抑制しながら設定温度に迅速に昇温することが可能となる。
【００６９】
次に、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態における制御自動プログラムについて説明する。図１２は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態を示すフロー図である。ここでは、Ｓ０４の制御自動モードでの基板加熱ヒータ４０の温度制御を示している。
【００７０】
まず、モード切換部１０は、上位制御装置からの信号に基づいて、先行熱流束設定部６へ運転モード指令を出力する。先行熱流束設定部６は、運転モード指令に基づいて、当該運転モード指令に対応する先行熱流束Ｑｓを演算部９へ出力する（Ｓ１１）。一方、ＰＩＤ制御部８は、温度差ΔＴ（ＨＣ）に基づいて、ＰＩＤ制御を実行し、制御熱流束ΔＱを算出して、演算部９へ出力する（Ｓ１２）。演算部９は、先行熱流束Ｑｓと制御熱流束ΔＱとに基づいて、熱流束Ｑ０＝Ｑｓ＋ΔＱを算出して、先行熱流束変更部１１へ出力する（Ｓ１３）。
【００７１】
モード切換部１０は、モード切換部１０は制御自動モードと判断し、制御自動モードを示す基板加熱モード指令を先行熱流束変更部１１へ出力する。先行熱流束変更部１１は、その基板加熱モード指令に基づいて、演算部９から供給された熱流束Ｑ０及び起動昇温用熱流束Ｑ１のうち、その基板加熱モード指令に対応する熱流束Ｑ０を熱流束Ｑとして出力する（Ｓ１４）。
【００７２】
モード切換部１０は、制御自動モードを示す基板加熱モード指令を比率設定部１２へも出力する。比率設定部１２は、その基板加熱モード指令に基づいて、複数の係数値テーブル１５から当該基板加熱モード指令に対応する係数値テーブル１５ａ（図７（ａ））を選択する。そして、熱流束Ｑと係数値テーブル１５ａとを掛け合わせて、各発熱領域の熱流束Ｑｒ（図８（ａ））を算出する。そして、リミッタ１３へ出力する（Ｓ１５）。
【００７３】
リミッタ１３は、熱流束Ｑｒ（図８（ａ））が各棒状ヒータ２０の能力以上の熱流束になった場合には、その上限を上限の許容値に制限し、ＭＶ値変換部１４へ出力する（Ｓ１６）。ＭＶ値変換部１４は、各発熱領域の熱流束Ｑｒ（Ａ１）、…、Ｑｒ（Ｅ３）を、それぞれ各発熱領域のＭＶ値（Ａ１）、…、ＭＶ値（Ｅ３）へ変換する。そして、各発熱領域のＭＶ値（Ａ１）、…、ＭＶ値（Ｅ３）を、対応するヒータ制御部５０へ出力する（Ｓ１７）。
【００７４】
電流値変換部１５は、ＭＶ値変換部１４から供給されたＭＶ値を棒状ヒータ２０における電流値Ｉへ変換して、パワーコントローラ１６へ出力する（Ｓ１８）。パワーコントローラ１６は、電流値変換部１５から供給される電流値Ｉに基づいて、棒状ヒータ２０に電流値Ｉの大きさを有する電流を流す（Ｓ１９）。
【００７５】
以上のような基板加熱ヒータ４０の温度制御により、ヒータカバー６０が所望の温度に制御される。
【００７６】
本発明では、制御自動モードにおいて、運転モードに応じて予め設定された先行熱流束を熱流束のベースとして用い、残りの小さな変動部分をＰＩＤ制御している。すなわち、先行熱流束だけで温度分布のある程度小さな加熱を行うこととし、残りの細かい制御をＰＩＤ制御が担当することで、熱容量の大きな装置においても、ヒータカバー６０を迅速に所望の温度に到達させるとともに、ハンチングを防止した精度の高い安定した制御を行うことができ、温度分布を極めて小さく抑えることが可能となる。
【００７７】
また、本発明では、ヒータカバー６０の任意の一つの発熱領域（例えば、中心の発熱領域）の温度に基づいて、ヒータカバー６０の複数の発熱領域での熱流束を決定する制御を行っている。これは、複数の発熱領域の各々が独立して温度測定を行い、独立して熱流束を制御する場合比較して、以下の相違がある。すなわち、各発熱領域は周辺の発熱領域との間で熱量の授受があり、基板の製膜処理などでは製膜室８０内の圧力雰囲気による伝熱状態の変化や、基板６２の搬入と搬出によるヒータカバー６０との伝熱量変化や、製膜処理中のプラズマからの入熱量変化などがある。独立制御されている周辺の発熱領域からの熱量が外乱として時々刻々変化するので、発熱領域の制御は非常に複雑になる。そのため、計算時間の増加や制御機器への負担の増加が発生するとともに、ヒータカバー６０の各加熱対象領域の大きな熱容量の自定数のために安定するまでの時間を要し、ヒータカバー６０を迅速に均一に加熱することが困難となる。結果として、十分に均一な温度分布にすることが困難となる。本発明では、複数の発熱領域の各々について、様々な運転状況における適正な熱流束の比を予め実験的に把握して、係数値テーブルとして記憶している。それにより、複数の発熱領域のうちの一つの発熱領域の熱流束を決定することで、他の発熱領域の熱流束を適切に決定することができる。それにより、熱容量の大きな機器の加熱制御においても、計算時間の増加や制御機器への負担の増加を発生させず、かつ、ヒータカバー６０を迅速に略均一に加熱することが可能となる。
【００７８】
本発明において、基板６２の大きさの変更により基板加熱ヒータ４０が変更された場合でも、係数値テーブルを変更することで、同様に適切な制御を行うことが可能となる。
【００７９】
図１３は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態を示す他のフロー図である。ここでは、起動昇温モード１での基板加熱ヒータ４０の温度制御を示している。
【００８０】
まず、モード切換部１０は、上位制御装置からの信号に基づいて、先行熱流束設定部６へ運転モード指令を出力する。先行熱流束設定部６は、運転モード指令に基づいて、当該運転モード指令に対応する先行熱流束Ｑｓを演算部９へ出力する。一方、ＰＩＤ制御部８は、温度差ΔＴ（ＨＣ）に基づいて、ＰＩＤ制御を実行し、制御熱流束ΔＱを算出して、演算部９へ出力する。演算部９は、先行熱流束Ｑｓと制御熱流束ΔＱとに基づいて、熱流束Ｑ０＝Ｑｓ＋ΔＱを算出して、先行熱流束変更部１１へ出力する。なお、起動昇温モード１の場合、これらを飛ばしても良い。
【００８１】
モード切換部１０は、起動昇温モード１と判断している。モード切換部１０は、ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｃ）か否かを判断する（Ｓ２１）。ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｃ）の場合（Ｙｅｓ）、測定温度が低すぎるため、ステップＳ２２へ進む。ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）の場合（Ｎｏ）、測定温度が低すぎではないため、ステップＳ２５へ進む。ここで、ΔＴ（ｃ）は予め設定された温度差であり、モード切換部１０に格納されている。
【００８２】
ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｃ）の場合（Ｙｅｓ）、モード切換部１０は、起動昇温モード（ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｃ））を示す基板加熱モード指令を先行熱流束変更部１１へ出力する。先行熱流束変更部１１は、その基板加熱モード指令に基づいて、演算部９から供給された熱流束Ｑ０及び起動昇温用熱流束Ｑ１（ｔ）、Ｑ１Ｌのうち、その基板加熱モード指令に対応する起動昇温用熱流束Ｑ１（ｔ）を熱流束Ｑとして出力する（Ｓ２２）。ここで、Ｑ１（ｔ）は、基板加熱ヒータ４０や制御部５０などに大きな負荷が急に生じないように、所定の温度勾配で熱流束を１００％まで上げた後、ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）となるまで熱流束を１００％のまま保つという熱流束の関数である。
【００８３】
続いて、基板加熱ヒータ電流制御を行う（Ｓ２３）。これは、制御自動モードを起動昇温モードにした以外は、Ｓ１５〜Ｓ１９と同様である。すなわち、まず、モード切換部１０は、起動昇温モードを示す基板加熱モード指令を比率設定部１２へも出力する。比率設定部１２は、その基板加熱モード指令に基づいて、複数の係数値テーブル１５から当該基板加熱モード指令に対応する係数値テーブル１５ｂ（図７（ｂ））を選択する。そして、熱流束Ｑと係数値テーブル１５ｂとを掛け合わせて、各発熱領域の熱流束Ｑｒ（図８（ｂ））を算出する。そして、リミッタ１３へ出力する。リミッタ１３は、熱流束Ｑｒ（図８（ｂ））が各棒状ヒータ２０の能力以上の熱流束になった場合には、その上限を上限の許容値に制限し、ＭＶ値変換部１４へ出力する。ＭＶ値変換部１４は、各発熱領域の熱流束Ｑｒ（Ａ１）、…、Ｑｒ（Ｅ３）を、それぞれ各発熱領域のＭＶ値（Ａ１）、…、ＭＶ値（Ｅ３）へ変換する。そして、各発熱領域のＭＶ値（Ａ１）、…、ＭＶ値（Ｅ３）を、対応するヒータ制御部５０へ出力する。電流値変換部１５は、ＭＶ値変換部１４から供給されたＭＶ値を棒状ヒータ２０における電流値Ｉへ変換して、パワーコントローラ１６へ出力する。パワーコントローラ１６は、電流値変換部１５から供給される電流値Ｉに基づいて、棒状ヒータ２０に電流値Ｉの大きさを有する電流を流す。このようにして基板加熱ヒータ４０を制御し、ヒータカバー６０を昇温する。
【００８４】
演算部７は、温度差ΔＴ（ＨＣ）を算出して、モード切換部１０及びＰＩＤ制御部８へ出力する。モード切換部１０は、ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）か否かを判断する（Ｓ２４）。ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｃ）の場合（Ｎｏ）、加熱が不十分なため、ステップＳ２３へ戻る。ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）の場合（Ｙｅｓ）、所定の加熱が終了したとして、ステップＳ２５へ進む。
【００８５】
先行熱流束設定部６、ＰＩＤ制御部８、演算部９の動作は省略する。飛ばしても良い。
ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）の場合、モード切換部１０は、起動昇温モード（ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ））を示す基板加熱モード指令を先行熱流束変更部１１へ出力する。先行熱流束変更部１１は、その基板加熱モード指令に基づいて、演算部９から供給された熱流束Ｑ０及び起動昇温用熱流束Ｑ１（ｔ）、Ｑ１Ｌのうち、その基板加熱モード指令に対応する起動昇温用熱流束Ｑ１Ｌを熱流束Ｑとして出力する（Ｓ２５）。ここで、Ｑ１Ｌは、ヒータカバー温度実測値：Ｔ（ＨＣ）がヒータカバー温度設定値：ΔＴ（ＨＣ）ｓｅｔに対してオーバーシュートし難い範囲で最大の大きさの熱流束である。
【００８６】
続いて、Ｓ２３と同じ基板加熱ヒータ電流制御を行う（Ｓ２６）。ただし、熱流束Ｑは、Ｑ１Ｌである。詳細は省略する。
【００８７】
演算部７は、温度差ΔＴ（ＨＣ）を算出して、モード切換部１０及びＰＩＤ制御部８へ出力する。モード切換部１０は、ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ａ）か否かを判断する（Ｓ２７）。ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ａ）の場合（Ｎｏ）、加熱が不十分なため、ステップＳ２６へ戻る。ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ａ）の場合（Ｙｅｓ）、所定の加熱が終了したとして、起動昇温モードを終了する。
【００８８】
以上のような基板加熱ヒータ４０の温度制御により、制御自動モードで制御可能な温度範囲にまで迅速に到達することが出来る。また、このとき各発熱領域の熱流束Ｑｒ（Ａ１）、…、Ｑｒ（Ｅ３）はヒータカバー６０の温度分布を小さくなるよう予め実験的に把握した値であるため、昇温完了後のヒータカバー６０の温度分布は略均一で、良好なものを得ることが出来る。
【００８９】
本発明では、大面積基板６２用のヒータカバー６０のような熱容量の大きな機器を起動時間を短縮する（測定温度を短時間で設定温度に到達させる）にあたり、初期にはＰＩＤ制御を行わずに、予め設定された先行熱流束を用いている。この先行熱流束は、ヒータカバー６０の温度分布を略均一に保ちながら所定の温度までは概ね最短の時間で達するこができるように設定されている。したがって、全体として設定温度までにかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００９０】
本発明では、設定温度近くでも、設定温度近くの所定の温度まで概ね最短の時間で達することができ、かつ、オーバーシュートを起こさない為にΔＴ（ａ）≦ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）の期間において起動昇温用熱流束：Ｑ１Ｌを適切な値とする先行熱流束が設定されている。したがって、更に、起動昇温用熱流束：Ｑ１Ｌの先行熱流束を用いることにより、全体として設定温度までにかかる時間を更に短縮することができる。
【００９１】
図１０は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態における熱流束及びヒータカバー温度の時間変化の一例を示すグラフである。左縦軸は先行熱流束変更部１１から出力される熱流束Ｑの値である。右縦軸はヒータカバー温度Ｔ（ＨＣ）ｐｖである。曲線Ｒ１がヒータカバー温度Ｔ（ＨＣ）ｐｖであり、曲線Ｒ２が熱流束Ｑである。図中、Ｚ１は起動昇温モードの期間であり、Ｚ２は起動昇温モード（ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｃ））の期間であり、Ｚ３は起動昇温モード（ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ））の期間である。Ｚ４は、制御自動モードの期間である。
【００９２】
（１）時刻ｔ０
図９を併せて参照して、Ｓ０１の結果はＹｅｓであり、Ｓ０２の結果はＮｏであるので、基板加熱モードは、Ｓ０３の起動昇温モードとなる。図１３を併せて参照して、ｔ０のヒータカバー６０の温度は室温（ＲＴ）なので、Ｓ２１の結果はＹｅｓとなり、Ｓ２２において起動昇温用熱流束Ｑ１（ｔ）が熱流束Ｑとして選択される。
（２）時刻ｔ０〜ｔ２
Ｓ２３の基板加熱ヒータ電流制御が実行される。曲線Ｒ２における熱流束Ｑ１（ｔ）に示すように、所定の温度勾配で熱流束を１００％まで上げた後、ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）となるまでの間（ｔ１〜ｔ２）の間、熱流速を１００％のまま保つ。このとき、ヒータカバー６０の温度は、徐々に上昇して行く。
（３）時刻ｔ２
ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）に達する。すなわち、Ｓ２４の結果がＹｅｓとなるので、Ｓ２５において起動昇温用熱流束Ｑ１Ｌが熱流束Ｑとして選択される。
（４）時刻ｔ２〜ｔ３
Ｓ２６の基板加熱ヒータ電流制御が実行される。曲線Ｒ２に示すように熱流束は、Ｑ１Ｌの一定値である。このとき、ヒータカバー６０の温度は、徐々に更に上昇して行く。
（５）時刻ｔ３
ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ａ）に達する。すなわち、Ｓ２７の結果がＹｅｓとなるので、所定の加熱が終了したとして、起動昇温モードを終了する。その後、Ｓ０４の制御自動モードが開始される。
（６）時刻ｔ３以降
図１２を併せて参照して、Ｓ１１〜Ｓ１９の制御自動モードで制御熱流束△Ｑを緩やかに補正制御することで、基板加熱ヒータ４０の温度制御を行う。熱流束曲線Ｒ２が小波打つ形となっているのは連続生産処理により、基板の投入・製膜処理・基板搬出を繰り返していることに対して緩やかな制御を行っている状況を示している。
【００９３】
このような温度制御方法を用いることにより、起動昇温モードにおいては、起動昇温にかかる時間が２／３以下に短縮することが可能となった。加えて、面内温度分布も±１０℃以内とすることができた。また、制御自動モードにおいても同様に、面内温度分布も±１０℃以内とすることが可能となった。
【００９４】
図１１は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態における熱流束及びヒータカバー温度の時間変化の一例を示すグラフである。左縦軸は先行熱流束変更部１１から出力される熱流束Ｑの値である。右縦軸はヒータカバー温度Ｔ（ＨＣ）ｐｖである。曲線Ｒ１がヒータカバー温度Ｔ（ＨＣ）ｐｖであり、曲線Ｒ２が熱流束Ｑである。図中、Ｚ４及びＺ６は、制御自動モードの期間である。Ｚ５は起動昇温モードの期間である。
【００９５】
（１）時刻ｔ４〜ｔ５
図１２を併せて参照して、Ｓ０１の結果がＮｏ、又は、Ｓ１〜Ｓ２の結果がＹｅｓであるので、基板加熱モードは、Ｓ０４の制御自動モードである。すなわち、Ｓ１１〜Ｓ１９の制御自動モードで基板加熱ヒータ４０の温度制御を行っている。熱流束曲線Ｒ２が小波打つ形となっているのは連続生産処理により、基板の投入・製膜処理・基板搬出を繰り返していることに対して緩やかな制御を行っている状況を示している。
（２）時刻ｔ５〜ｔ６
基板加熱ヒータ４０の電源が一時的にＯＦＦされる。熱流束Ｑが０になり、ヒータカバー温度Ｔ（ＨＣ）ｐｖが減少してゆく。このような状態は、製膜の連続生産処理の間に実施されるセルフクリーニングや、何らかの異常により装置がトラブル停止することなどで発生する。
（３）時刻ｔ６
基板加熱ヒータ４０の電源がＯＮされる。図９を併せて参照して、Ｓ０１の結果はＹｅｓであり、Ｓ０２の結果はＮｏであるので、基板加熱モードは、Ｓ０３の起動昇温モードとなる。図１３を併せて参照して、ｔ６のヒータカバー６０の温度はΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｂ）なので、Ｓ２１の結果はＹｅｓとなり、Ｓ２２において起動昇温用熱流束Ｑ１（ｔ）が熱流束Ｑとして選択される。
（４）時刻ｔ６〜ｔ７
Ｓ２３の基板加熱ヒータ電流制御が実行される。曲線Ｒ２における熱流束Ｑ１（ｔ）に示すように、所定の温度勾配で熱流束を１００％まで上げた後、ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）となるまでの間、熱流束を１００％のまま保つ。このとき、ヒータカバー６０の温度は、徐々に上昇して行く。
（５）時刻ｔ７
ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ｃ）に達する。すなわち、Ｓ２４の結果がＹｅｓとなるので、Ｓ２５において起動昇温用熱流束Ｑ１Ｌが熱流束Ｑとして選択される。
（６）時刻ｔ７〜ｔ８
Ｓ２６の基板加熱ヒータ電流制御が実行される。曲線Ｒ２に示すように熱流束は、Ｑ１Ｌの一定値である。このとき、ヒータカバー６０の温度は、徐々に更に上昇して行く。
（７）時刻ｔ８
ΔＴ（ＨＣ）≦ΔＴ（ａ）に達する。すなわち、Ｓ２７の結果がＹｅｓとなるので、所定の加熱が終了したとして、起動昇温モードを終了する。その後、Ｓ０４の制御自動モードが開始される。
（８）時刻ｔ８以降
図１２を併せて参照して、Ｓ１１〜Ｓ１９の制御自動モードで基板加熱ヒータ４０の温度制御を行う。
【００９６】
なお、図１１における制御の場合、図１３のＳ２１での「ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｃ）］の判断を、「ΔＴ（ＨＣ）＞ΔＴ（ｂ）（＞ΔＴ（ｃ））」としても良い。また、単にΔＴ（ｂ）＝ΔＴ（ｃ）としても良い。
【００９７】
このような温度制御方法を用いることにより、基板加熱ヒータの電源を一度ＯＦＦにして、ヒータカバー温度が大きく低下した場合でも、起動昇温モードを利用することで、ヒータカバー６０の温度を略均一に保ちながら設定温度へ復帰させる時間を大幅に短縮することが可能となった。加えて、この場合も基板の面内温度分布も±１０℃以内とすることができた。
【００９８】
本発明では様々な運転時の状態を事前検証した先行熱流束を細分化された複数の発熱部へ所定比率で与えることで、その複数の発熱部の各々をＰＩＤ制御する場合に発生するハンチングや温度安定化の長期化を大幅に抑制し、迅速で均一な温度分布を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた真空処理装置の実施の形態の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態の構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における棒状ヒータの構成を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における基板加熱ヒータの構成を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における基板加熱ヒータの発熱領域を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の基板加熱ヒータシステムの実施の形態における温度制御部を示すブロック図である。
【図７】図７は、複数の係数値テーブルの一例を示す図である。
【図８】図８は、各発熱領域の熱流束Ｑｒの一例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態にを示すフロー図である。
【図１０】図１０は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態における熱流束及びヒータカバー温度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態における熱流束及びヒータカバー温度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態を示すフロー図である。
【図１３】図１３は、本発明の基板加熱ヒータシステムを用いた温度制御方法の実施の形態を示す他のフロー図である。
【符号の説明】
【０１００】
１    発熱範囲
２    温度制御部
３    温度センサ
４    制御部
６    先行熱流束設定部
７    演算部
８    ＰＩＤ制御部
９    演算部
１０    モード切換部
１１    先行熱流束変更部
１２    比率設定部
１３    リミッタ
１４    ＭＶ値変換部
２０、２０−１、…、２０−３０    棒状ヒータ（ヒータカートリッジ）
２２    発熱エレメント
２２ａ    上部発熱エレメント
２２ｂ    下部発熱エレメント
２２ｃ    中央発熱エレメント
２４、２４ａ、２４ｃ、２４ｂ    導電線
２６    発熱部
２６ａ    上部発熱部
２６ｃ    中央発熱部
２６ｂ    下部発熱部
２８    非発熱部
２８ａ    上部非発熱部
２８ｂ    下部非発熱部
３０    管体
３１    屈曲部
３２    集電ボックス
３３    端子台
３４    導入パイプ
３５    導電線
４０    基板加熱ヒータ
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ    ヒータユニット
５０    ヒータ制御部
５２    基板加熱ヒータシステム
５９    均熱板
６０    ヒータカバー
６１    基板保持部
６２    基板
８０    製膜室
８１    放電電極（ラダー電極）
１００    真空処理装置
【図１】
0004795771.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004795771.tif 000006
【図６】
0004795771.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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