(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状部材の全面を均一に加熱するための、ホットプレートを有する均熱制御装置であって、
ホットプレートを構成する複数個のヒーターの近傍にそれぞれ分布温度センサーを配置して分布温度を測定する分布温度計と、
ホットプレートの現在温度を最も反映する位置に自動制御するための主温度センサーを配置し、その情報で全ヒーターの出力指令値（％）を得る主温度調節計と、
分布温度計から得た個々の温度と主温度調節計から得た現在温度とを比較し、個々のヒーターへ電力調整器を介して適正な出力値（％）を送る均熱制御器と、
個々のヒーターの電力制御を行う上記電力調整器と
を具備して構成された平板状部材の均熱制御装置。
【請求項２】
主温度計にて測定した温度及び分布温度計にて測定した分布温度に基づいて温度差を得るとともに、得られた温度差分を調整する為の均熱制御器と、目標温度を一括管理する主温度調節計と、個々の電力調整器とを具備して構成された装置の制御方法であって、
複数個のヒーターを有するホットプレートを目標の温度と一致させる為に、主温度調節計にて決定した出力で全ヒーターに適正な電力の供給を行う際に、
それぞれのヒーターに配置されている分布温度センサーにて個々のヒーター近傍部の現在温度を測定し、分布温度群中の最も低い温度を基準とし、個々の分布温度との温度差を算出し、
算出された温度差を過出力分として抑制量を算出し、その結果を抑制制御部にて主温度調節計の指令信号と合成し、電力調整器への出力を最適化し、
ホットプレートの各部分の加熱バランスを均一となるように適正化し、表面温度を均一化する工程を経る
平板状部材の均熱制御装置の加熱制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状部材の全面を均一に加熱するための制御装置及び同装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばサブストレート（ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ）等と称される成膜用ターゲット基板を、一定の目標温度にムラ無く加熱するには、一定の距離に設置されたホットプレート（ヒーターパネル）を均一な温度となるように制御しなければならない。大型化する基板に対応するためには大面積のホットプレート面を均一な目標温度に保つことが要求される。加熱用ヒーターはホットプレート上をムラ無く加熱するために、あらかじめ複数に分割され配置されるが、ヒーターの加熱能力差や、媒介するホットプレート（金属）の熱伝導により部分的に温度差が発生する。この温度差を解消するためには、個々のヒーターをそれぞれ同じ温度を保つ為の温度制御が必要となる。
【０００３】
それぞれのヒーターを個別の温度調節計を用いて独立で制御した場合、１．昇温途中における各ヒーター間の温度差の拡大を抑制するためにそれぞれの温度調節計との間で現在温度に関する情報交換を行いながら温度差を抑制するための制御が必要となる、２．それぞれの温度調節計は、隣接するヒーターの発熱やプレートの熱伝導の影響を受けるため、該当するヒーターが発生する熱量だけでは所要の温度特性が得られず、個々の温度調節計が適正な温度調節を行う為に必要な加熱条件が得られ難い。３．さらに、ヒーター制御点数分の自動温度調節計を必要とし、且つ昇温度課程における均熱化の為には「同じ温度に整えるため」の制御を必要とするため、制御点数に比例した機器および回路が必要となり、結果費用が比例して増加する。
【０００４】
このような問題に対処するためのものとして、例えば特開２００５−１７４９４３号の発明があり、同号のものは複数のパネル状ヒーター間の加熱領域における温度分布を、低コストでシンプルな構成により短時間で均一化できる方法と装置を提供する目的を有している。同号の発明は加熱対象の区画された加熱面に対向するヒーターを有するとともに、ガス流通孔を設けて、ヒーター設定温度よりも低温のガスを流動させることとしており、そのためガスが加熱対象に及ぼす影響を避けることができない。また、ガスの目的位置への誘導や流動時間等には時間もかかり、前記したサブストレート等の基板用に適当であるとはいえない。また、特開２００１−３３６８８０号はプラズマディスプレイパネル焼成炉の均熱制御に関する発明を開示しており、ヒーターブロック間の設定温度差に起因して特定のヒーターブロックの温度が設定温度から逸脱するのを防止し、ガラス基板を均一に加熱することができるとしている。しかしながら、複数のヒーターによる「個別温度制御」が必要となる点では従来同様と考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７４９４３号
【特許文献２】特開２００１−３３６８８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、半導体やフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、薄膜太陽電池パネル等の真空成膜プロセスにおける基板等の平板状部材に対する熱処理工程で使用される複数の電気ヒーター（電気的加熱手段）への個別電力供給量を最適化し、目標温度と合致した、且つ全面が均一な温度（温度分布のムラがない状態）になるように制御することが可能な制御装置を提供することである。また本発明の他の課題は、極めて簡素な構成を持ち、且つ自動で、主温度調節下で一律に制御されるそれぞれのヒーターへの出力を個別に最適化することができる制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、本発明は、平板状部材の全面を均一に加熱するための、ホットプレートを有する均熱制御装置について、ホットプレートを構成する複数個のヒーターの近傍にそれぞれ分布温度センサーを配置して分布温度を測定する分布温度計と、ホットプレートの現在温度を最も反映する位置に自動制御するための主温度センサーを配置し、その情報で全ヒーターの出力指令値（％）を得る主温度調節計と、分布温度計から得た個々の温度と主温度調節計から得た現在温度とを比較し、個々のヒーターへ電力調整器を介して適正な出力値（％）を送る均熱制御器と、個々のヒーターの電力制御を行う上記電力調整器とを具備して構成するという手段を講じたものである（請求項１）。
【０００８】
上記構成中の分布温度計はヒーター数と同数個の分布温度検出センサーからの温度信号を処理して個々の温度に変換するものであり、また均熱制御器は、分布温度計から得た個々の温度情報と主温度調節計から得た主現在温度情報から当該する位置との間の温度差を算出し、主温度調節計が指令する加熱量を適正化するものである。本発明の装置により、ヒーター即ち電気的加熱手段を用いて、加熱対象の平板状部材を均一な温度即ち温度差や温度分布のムラがない状態になるように制御できるようになる。
【０００９】
また本発明では、主温度計にて測定した温度及び分布温度計にて測定した分布温度に基いて温度差を得るとともに、得られた温度差分を調整する為の均熱制御器と、目標温度を一括管理する主温度調節計と、個々の電力調整器とを具備して構成された装置の制御方法として、複数個のヒーターを有するホットプレートを目標の温度と一致させる為に、主温度調節計にて決定した出力で全ヒーターに適正な電力の供給を行う際に、それぞれのヒーターに配置されている分布温度センサーにて個々のヒーター近傍部の現在温度を測定し、分布温度群中の最も低い温度を基準とし、個々の分布温度との温度差を算出し、算出された温度差を過出力分として抑制量を算出し、その結果を抑制制御部にて主温度調節計の指令信号と合成し、電力調整器への出力を最適化し、ホットプレートの各部分の加熱バランスを均一となるように適正化し、表面温度を均一化する工程を経るという手段を講じている（請求項２）。
【００１０】
上記の方法により、請求項１記載の均熱制御装置を最も適切に制御し、加熱対象の平板状部材が均一な温度即ち温度差や温度分布のムラがない状態に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、上記の簡素な構成により個別のヒーター出力のバランスを自動で調節することができる平板状部材の均一加熱装置を提供することができるという効果を奏する。また本発明によれば、加熱対象である基板のような平板状部材の熱処理工程に適用し、ヒーター等の電気的加熱手段を、温度差や温度分布のムラがない均一な加熱状態になるように制御することで、真空成膜工程における基板加熱の温度差による製品不良の発生を低下させることが可能になり、且つ過剰な電力分を制限するために電力の削減にも寄与し、また装置設計の課程でのヒーターの熱量設計等に係る設計、及び調整の為の負担を軽減できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。
〈平板状部材の均一加熱装置の構成〉
図１は本発明の一例を示す平板状部材の均熱制御装置１０の説明図であり、１１は平板状部材の全面を均一に加熱するホットプレート（ヒーターパネル）を示すもので、平板状部材である基板を加熱する均一加熱機構部を構成する。図示のホットプレート１１の場合、あらかじめ全面を目標温度に加熱できる容量を持ったＨ１〜Ｈ８の符号を付した８個のヒーター１２をホットプレート１１の表面に配置して構成されている。
【００１３】
実機における上記の基板加熱機構部は、その処理方法により様々であり、加熱特性、熱伝導率、外乱などの複数の条件によりホットプレート表面の全域を均一な温度に保つためのヒーター熱容量設計及び配置は容易なものではない。このため本発明の装置では、図１における８個のヒーターＨ１〜Ｈ８はそれぞれがホットプレート表面の８分割された各分割領域を加熱するために必要となる相応の加熱能力があるものとし、且つ又あらかじめ得た経験値や実測値を勘案して、加熱処理に適した被加熱位置に配置するものとする。なおこのホットプレート１１の面積は、平板状部材の全面を均一に加熱することができるものとする。ヒーターＨ１〜Ｈ８としてはシースヒーターを使用して好適な成果を得ることができた。
【００１４】
また、ヒーターＨ１〜Ｈ８の位置には、ヒーター数に等しい数の分布温度検出センサーＴＣ１〜ＴＣ８が１個ずつ配置されている。この分布温度検出センサーＴＣ１〜ＴＣ８は、個々のヒーターＨ１〜Ｈ８の熱影響を受けるヒーター近傍の位置に配置されており、また、これらヒーターにより加熱されるホットプレート表面には、被加熱対象である基板等の平板状部材への温度を最も反映する位置に主目標温度検出センサーＴＣ-Ｍを配置している。これらの温度検出センサーＴＣ１〜ＴＣ８、ＴＣ−Ｍに用いる温度センサーとしては熱電対が適当である。
【００１５】
上記温度検出センサーＴＣ１〜ＴＣ８には均熱制御装置１５の均熱制御器１６が制御する装置分布温度計１３にて高速で温度データが順次取り込まれ、得られた個々の現在温度情報は均熱制御器１６に送られ、当該位置の現在温度情報として記憶される。
【００１６】
本発明の装置は、主現在温度を主目標温度に適合させる目的で、ホットプレート１１の温度を自動制御するために必要な出力信号を演算する主温度調節計１４と個別のヒーターＨ１〜Ｈ８の出力の適正化を図る為の均熱制御器１６を具備している。主温度調節計１４は基板加熱に用いられるホットプレート１１を一群と認識し、当該パネル１１の目標温度を自動制御することを目的として指令信号を以下に説明する均熱制御部１５へ発するものである。
【００１７】
上記均熱制御部１５は、主温度調節計１４からの温度制御指令信号と、個別ヒーター間の温度差を算定し制御するから副温度調節計に相当する。即ち均熱制御器１６は、個別ヒーター位置の分布温度計１３から得た温度情報と、主温度調節計１４から得たホットプレート１１の主現在温度情報を基に、該当する温度と基準とする温度の間の温度差を測定し、それを基準温度に合致させる為の出力抑制制御を行い、主温度調節計１４が発した指令値（％）と調整値（％）を整合させ、ヒーターの加熱量に比例する出力値（％）を電力調整器１９へ供給させる為の自動ゲイン（勾配）調整器である。図において、１７は温度差検出部、１８は出力制御部を示しており、これらにより抑制制御部１２を構成している。
【００１８】
上述した電力調整器１９は、平板状部材の全面を均一に加熱するためにパネル本体表面に分割配置された上記のヒーターＨ１〜Ｈ８と同数個からなり、ヒーターＨ１〜Ｈ８への供給電力の電力を調節することで熱量を制御する事ができる機器である。図示の例において、電力調整器１９には、サイリスタを使用している。
【００１９】
〈平板状部材の均一加熱装置の制御方法〉
上記の構成を有する本発明に係る平板状部材の均一加熱装置は、以下に説明するようにして作動し、また制御する。
【００２０】
〈主温度調節方法〉
主温度調節計１４は、主温度検出センサー２０において測定した現在温度を、目標温度に合致させるための出力信号を求める。電力調整器１９は、汎用の温度調節計による温度制御器としてサイリスタ（ＳＣＲ１〜８）を使用して、上記の出力信号を指令としてこれに比例した電力に調節してヒーターＨ１〜８に出力し加熱する。
【００２１】
〈加熱プロセス中の温度による処理状態の規定〉
このとき、現在温度（ＰＶ）が目標温度（ＳＶ）に対して、あらかじめ別に規定された温度差分（Ｘ）を差し引いた温度到達位置に未達成の場合を「昇温中」と規定し、またその温度以上に到達した場合を「均温中」と規定、主目標温度以上の現在温度を「過加熱」と規定する。
【００２２】
〈個別温度測定〉
ヒーターＨ１〜８近傍の現在温度を分布温度計１３により読み取り、パネル上の各温度を把握する。
【００２３】
〈温度差による各ヒーターの出力抑制方法〉
「昇温中」プロセスにおいて、主温度調節計１４による出力指令で、電力を制御するサイリスタ（ＳＣＲ１〜８）は、このままではそれぞれのヒーターＨ１〜Ｈ８の異なる熱量により、図２に示したようにパネル面の温度に差を生じてしまう。そこで本発明では、分布温度計１３により測定された現在温度の各温度情報の内、最も低い温度（図２の例ではＴＣ２、ＴＣ７、昇温中のみ）を基準温度とし、その他の箇所の現在温度との温度差をそれぞれ算出する。算出された温度差は、それぞれのヒーターＨ１〜Ｈ８の「過渡出力分（％）」として計算処理され、主温度調節計１４から一律に指令される調節信号「指令（パワー％）」に調整量（抑制値＝ゲイン調整（％））を合成し（指令値（％）＊調整値（％）＝出力値（％））を求め、該当する電力調整器１９（ＳＣＲ１〜８）への指令をする（以後繰り返し）。
【００２４】
図２の例においては、最も高温のＴＣ７のヒーターに対する出力が最も抑制され、次に高温のＴＣ４、ＴＣ３及びＴＣ６に対する出力が抑制されることになる。これにより昇温中は、それぞれの点の温度分布が昇温効率の低い位置を基準に均一になるよう個別にヒーターＨ１〜Ｈ８の出力を調節しながら、全パネルを一括して主温度調節計１４の支配下で加熱処理を行うことが可能になる。さらに、本発明による効果について図３を参照して説明する。図３は本発明適用前後における温度分布の変化を示しており、図３Ａでは２００℃を目標とする加熱過程において、前記８個のヒーターの温度差は約１８８〜２０５℃に及び、２０℃超の温度差が見られるのに対して、本発明を適用した後の温度差は約２００〜２０４℃の範囲に収まっている。図３Ｂは７０℃昇温中に本発明を適用した場合のもので、前記と同じく８個のヒーター温度は制御開始時点において、約６０〜７２℃に及んでおり、約１２℃の温度差が見られるのに対して、本発明を適用した後には、温度差が約６９〜７２℃と３℃程の範囲に収まっている。このように、発明適用前の大きな温度差が適用後には著しく減少し、収束する傾向を示すことにより、本発明の顕著な効果を確認することができた。
【００２５】
このような構成及び効果を示す本発明によれば、次のような事柄が可能である。
・個々のヒーターの集合体であるホットプレート（ヒーターパネル）を一群として定義し一台の温度調節計の支配下により温度制御を行いながら、個別ヒーターの出力の微調整する事で、全体を加熱する為に必要な温度制御条件に対し、大きな影響を与えずに均熱処理が可能になり、結果主目標温度への管理を最小限に簡略化することができる。
・ヒーターパネル上に発生する温度ムラは随時繰り返し微調整（ゲイン調整）するため、主温度調節計の温度制御条件（PIDパラメータ他）に変化を加えずに均熱制御が可能になるとともに、基板加熱プロセス中の様々な加熱条件の変化に対しても、複雑な定義を用いずに対応することが可能となる。
・個別調整のために必要な多数の温度測定用の分布温度計１３は、連続した温度変化を途切れなく監視するほどの高速応答性が必要無いため、スキャナー方式（温度切替）方法を用い、一台の温度計にて測定を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る平板状部材の均熱制御装置の一例を示す説明図である。
【図２】同じく平板状部材の均熱制御装置の加熱制御方法における均熱制御の具体例を示すグラフである。
【図３】本発明による効果を示すもので、Ａは２００℃平衡時における本発明適用前後の温度差の変化を示すグラフ、Ｂは７０℃昇温中における本発明適用前後の温度差の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１０  平板状部材の均熱制御装置
１１  ホットプレート
１２  抑制制御部
１３  分布温度計
１４  主温度調節計
１５  均熱制御装置  
１６  均熱制御器
１７  温度差検出部
１８  出力制御部
１９  電力調整器
２０  主温度検出センサー
Ｈ１〜Ｈ８  ヒーター
ＳＣＲ１〜８  温度制御器としてのサイリスタ
ＴＣ１〜ＴＣ８  温度検出センサー
【図１】
0005117236.tif 000002
【図２】
0005117236.tif 000003
【図３】
0005117236.tif 000004