JP2644910B2 - Ceramic heater - Google Patents
Ceramic heaterInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、例えば半導体製造装置用熱CVDヒーターの
ようなセラミックスヒーターの改良に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement of a ceramic heater such as a thermal CVD heater for a semiconductor manufacturing apparatus.
(従来の技術) シリコンナイトライドのようなセラミックス基材の内
部にタングステン製の抵抗体を埋設したセラミックスヒ
ーターは、抵抗体が雰囲気ガスによる侵食を受けるおそ
れがないので、半導体製造装置用熱CVDヒーター等とし
て使用されている。そしてこのようなセラミックスヒー
ターでは、セラミックス基材の一部に埋設された熱電対
によりヒーター温度を検出し、抵抗体に供給する電力を
制御して温度を一定に保っている。(Prior art) A ceramic heater, in which a tungsten resistor is embedded in a ceramic substrate such as silicon nitride, has no risk of the resistor being eroded by an atmospheric gas, so a thermal CVD heater for semiconductor manufacturing equipment. Used as etc. In such a ceramic heater, the temperature of the heater is detected by a thermocouple embedded in a part of the ceramic base material, and the power supplied to the resistor is controlled to keep the temperature constant.
ところがこのような従来のセラミックスヒーターには
次の欠点があった。However, such a conventional ceramic heater has the following disadvantages.
第1に、抵抗体の温度はセラミックス基材、熱電対の
接合材、熱電体のシースを順次介して熱電体に伝えられ
るので、抵抗体に温度変化が生じた場合にも熱電体がこ
れを検出するまでにかなりのタイムラグがあり、外乱に
対するレスポンスが悪い欠点があった。First, since the temperature of the resistor is transmitted to the thermoelectric element through the ceramic base material, the bonding material of the thermocouple, and the sheath of the thermoelectric element in sequence, even if the temperature of the resistor changes, the thermoelectric element can detect the temperature change. There is a considerable time lag before detection, and there is a drawback that response to disturbance is poor.
第2に、熱電体のワイヤやシース部分からの伝導およ
び放射による放熱のためにセラミックス基材の実体温度
に対して測定誤差が不可避的に生ずる欠点があった。Secondly, there is a disadvantage that a measurement error inevitably occurs with respect to the actual temperature of the ceramic base material due to heat dissipation due to conduction and radiation from the wires and sheath portions of the thermoelectric body.
第3に、室温から1200℃程度の高温域まで使用される
セラミックスヒーターでは、熱電対の接合部分の材質差
による熱膨脹差のためにクラックが発生し易く、温度測
定条件の安定性が悪いうえに、セラミックス基材と熱電
対のシースとの間に空間があるとその内部のガス密度の
変化により熱伝達が変化し、温度測定に誤差が生ずる欠
点があった。Third, in a ceramic heater used from room temperature to a high temperature range of about 1200 ° C., cracks are liable to occur due to a difference in thermal expansion due to a difference in material of a junction portion of a thermocouple, and stability of temperature measurement conditions is poor. However, if there is a space between the ceramic base material and the sheath of the thermocouple, heat transfer changes due to a change in gas density in the space, and there is a disadvantage that an error occurs in temperature measurement.
第4に、セラミックス基材に孔を明けて熱電対を挿入
する場合にはセラミックス基材と熱電対シースとの接合
部にクラックがあるものと同様に熱伝達が乱れ、温度測
定に誤差が生ずる欠点があった。Fourth, when a thermocouple is inserted through a hole in the ceramic base material, heat transfer is disturbed similarly to the case where a crack is formed at the junction between the ceramic base material and the thermocouple sheath, causing an error in temperature measurement. There were drawbacks.
(発明が解決しようとする課題) 本発明はこのような従来の欠点を解決して、外乱に対
するレスポンスが速く、ヒーター温度および投入パワー
の安定性が得られ、測定温度と実体温度との誤差をなく
して高精度の温度制御が可能なセラミックスヒーターを
提供するためになされたものである。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention solves such conventional drawbacks, provides a quick response to disturbance, obtains a stable heater temperature and input power, and reduces an error between the measured temperature and the actual temperature. The purpose of the present invention is to provide a ceramic heater capable of performing high-precision temperature control.
(課題を解決するための手段) 上記の課題を解決するためになされた本発明は、緻密
なセラミックス基材の内部にタングステンまたはモリブ
デンを主成分とする抵抗体を埋設したヒーター本体と、
上記抵抗体に供給される電力を制御する電源供給装置と
からなり、この電源供給装置が実温補正機構を介してヒ
ーター温度による補正が加えられる抵抗/温度変換値ま
たは温度/抵抗変換値を入力した制御装置を備え、抵抗
体の温度による抵抗値の変化にヒーター温度を加味した
制御を行うことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The present invention made to solve the above problems has a heater body in which a resistor mainly composed of tungsten or molybdenum is embedded in a dense ceramic base material,
A power supply device for controlling the power supplied to the resistor, wherein the power supply device inputs a resistance / temperature conversion value or a temperature / resistance conversion value to be corrected by a heater temperature via an actual temperature correction mechanism. And a control device in which a change in the resistance value due to the temperature of the resistor is added in consideration of the heater temperature.
以下に本発明を図示の実施例によって詳細に説明す
る。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
(実施例) 第1図において、(1)は円盤状のヒーター本体、
(2)はこれに接続された電源供給装置である。(Example) In FIG. 1, (1) is a disk-shaped heater body,
(2) is a power supply device connected thereto.
ヒーター本体(1)はシリコンナイトライド製の緻密
でガスタイトなセラミックス基材(3)の内部に、タン
グステンを主成分とする抵抗体(4)をスパイラル状に
埋設したものである。ここで発熱源としてタングステン
を主成分とする抵抗体(4)を使用したのは、温度によ
る抵抗率の変化が大きくかつ単調であるためである。ま
た第5図に示すように、モリブデンもタングステンと同
様な電気抵抗変化率を有しており、抵抗体(4)として
使用することができる。このような抵抗体(4)はガス
との接触による劣化や酸化が著しいのでガスタイトなセ
ラミックス基材(3)の内部に埋設する必要がある。実
施例のセラミックスヒーターは半導体製造装置用熱CVD
ヒーターであるので、セラミックス基材(3)の上面は
平滑面ウエハー(5)がセットできるように平滑面とさ
れている。スパイラル状の抵抗体(4)の中央及び端部
の端子取り出し部から損失のない材質からなる配線
(6)、(7)が引き出され、電源供給装置(2)に接
続されている。The heater body (1) has a resistor (4) containing tungsten as a main component embedded spirally in a dense and gas-tight ceramic base (3) made of silicon nitride. The reason why the resistor (4) containing tungsten as a main component was used as the heat source is that the change in resistivity with temperature was large and monotonous. Further, as shown in FIG. 5, molybdenum also has the same rate of change in electric resistance as tungsten, and can be used as the resistor (4). Since such a resistor (4) is significantly deteriorated and oxidized by contact with a gas, it must be embedded in a gas-tight ceramic substrate (3). The ceramic heater of the embodiment is a thermal CVD for semiconductor manufacturing equipment.
Since the heater is a heater, the upper surface of the ceramic base material (3) has a smooth surface so that the smooth surface wafer (5) can be set. Wirings (6) and (7) made of a material having no loss are drawn out from terminal extraction portions at the center and ends of the spiral resistor (4) and connected to the power supply device (2).
電源供給装置(2)はAC、DCのいずれでもよいが、実
施例ではAC電源が使用され、サイリスタ(8)による出
力制御が行われている。本発明では抵抗体(4)の温度
による抵抗値の変化にヒーター温度を加味したものを制
御情報として利用する。このため、抵抗体(4)に供給
される電流がCT変換器(9)により取り出され、電圧が
PT変換器(10)により取り出されて演算器(17)に入力
されている。そして演算器(17)はこれらの電流と電圧
から抵抗体(4)の抵抗を演算し、マイクロプロセッサ
ーを内蔵したPID制御装置(11)に入力する。そしてPID
制御装置(11)はその値から抵抗/温度変換表(15)に
より抵抗体(4)の温度を演算し、設定温度との差異に
よってサイリスタ(8)に信号を送って抵抗体(4)に
供給される電力を制御する。The power supply device (2) may be either AC or DC, but in the embodiment, an AC power supply is used, and output control is performed by a thyristor (8). In the present invention, a value obtained by adding a heater temperature to a change in resistance value due to the temperature of the resistor (4) is used as control information. Therefore, the current supplied to the resistor (4) is extracted by the CT converter (9), and the voltage is reduced.
It is extracted by the PT converter (10) and input to the arithmetic unit (17). Then, the computing unit (17) computes the resistance of the resistor (4) from these currents and voltages, and inputs it to the PID control device (11) incorporating a microprocessor. And PID
The control device (11) calculates the temperature of the resistor (4) from the resistance / temperature conversion table (15) from the value, sends a signal to the thyristor (8) according to the difference from the set temperature, and sends the signal to the resistor (4). Control the supplied power.
第2図はこの制御回路をブロック図として示したもの
である。この図中、下限設定(12)と記されているの
は、本発明では抵抗体(4)に供給される電力がゼロと
なるとCT変換器(9)およびPT変換器(10)の出力がな
くなり制御が不能となるため、電力を減少させる場合の
下限値を設定することを意味している。またこの図中、
温度検出(13)と記されているのは、従来と同様にヒー
ター温度を熱電対により検出し、その測定値を実温補正
機構(14)を介してPID制御装置(11)の抵抗/温度変
換表(15)に入力し、制御情報として抵抗体(4)の抵
抗値のみならず、熱電対により測定されたヒーター温度
を加味したものを利用することを意味している。このよ
うに抵抗体(4)の温度による抵抗値の変化に実測され
たヒーター温度を加味したものを制御情報として利用す
ることにより、ヒーター温度をより高精度に制御するこ
とが可能となる。FIG. 2 is a block diagram showing the control circuit. In this drawing, the lower limit setting (12) is described in the present invention because when the power supplied to the resistor (4) becomes zero, the outputs of the CT converter (9) and the PT converter (10) are reduced. This means that control cannot be performed, which means that a lower limit is set when the power is reduced. Also in this figure,
Temperature detection (13) means that the heater temperature is detected by a thermocouple as in the past, and the measured value is passed through the actual temperature correction mechanism (14) to the resistance / temperature of the PID controller (11). This means that the conversion information is input to the conversion table (15), and the control information not only uses the resistance value of the resistor (4) but also takes into account the heater temperature measured by the thermocouple. As described above, the heater temperature can be controlled with higher accuracy by using, as the control information, a value obtained by adding the actually measured heater temperature to the change in the resistance value due to the temperature of the resistor (4).
第3図は制御回路の他の実施例を示すブロック図であ
り、ここではまず設定温度から温度/抵抗変換表(16)
により設定抵抗が演算され、次に電流値とこの設定抵抗
とにより設定電圧が演算され、実測された電圧値とこの
設定電圧との差がゼロとなるように電力制御が行われ
る。FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the control circuit. Here, first, a set temperature to temperature / resistance conversion table (16)
, A set voltage is calculated from the current value and the set resistance, and power control is performed so that the difference between the actually measured voltage value and the set voltage becomes zero.
(作用及び効果) このように、本発明のセラミックスヒーターはヒータ
ー本体(1)として緻密なセラミックス基材(3)の内
部に温度による抵抗率の変化が単調で大きいタングステ
ンまたはモリブデンを主成分とする抵抗体(4)を埋設
したものを使用するとともに、抵抗体(4)の温度によ
る抵抗値の変化にヒーター温度を加味したものを制御情
報として電源供給装置(2)が電力制御を行うものであ
る。(Operation and Effect) As described above, the ceramic heater of the present invention contains tungsten or molybdenum as a main component in a dense ceramic substrate (3) as the heater main body (1), whose change in resistivity due to temperature is monotonous and large. The power supply device (2) performs power control using control element information in which a resistance value change due to the temperature of the resistor element (4) is added to the heater temperature, while using an embedded resistor element (4). is there.
このため、本発明では発熱体である抵抗体(4)の温
度変化をタイムラグなしに直ちに検出して供給電力の制
御が行なえることとなり、第4図のグラフに示すように
外乱に対するレスポンスが従来品に比較して極めて速く
なる。また従来のように熱電対の埋設接合部のクラック
の発生や熱伝達の不安定性等がなくなり、抵抗体(4)
自体の温度を正確に検出して制御することができ、安定
した制御が可能となる。しかも抵抗体(4)は緻密でガ
スタイトなセラミックス基材(3)の内部に埋設されて
いるため、酸化や劣化による抵抗体(4)の性状変化が
なく、長期間にわたり安定した抵抗値を維持することが
できる。For this reason, in the present invention, it is possible to control the supply power by immediately detecting a temperature change of the resistor (4), which is a heating element, without a time lag, and as shown in the graph of FIG. Very fast compared to the product. In addition, the occurrence of cracks and the instability of heat transfer at the buried junction of the thermocouple as in the prior art are eliminated, and the resistor (4)
It is possible to accurately detect and control its own temperature, and to perform stable control. Moreover, since the resistor (4) is embedded in the dense and gas-tight ceramic substrate (3), there is no change in the properties of the resistor (4) due to oxidation or deterioration, and a stable resistance value is maintained for a long period of time. can do.
このように本発明のセラミックスヒーターは外乱に対
するレスポンスが速く、ヒーター温度および投入パワー
の安定性が得られ、測定温度と実体温度との誤差をなく
して高精度の温度制御が可能なものであるから、従来の
問題点を一掃したセラミックスヒーターとして、産業の
発展に寄与することは極めて大きいものがある。As described above, the ceramic heater according to the present invention has a fast response to disturbance, provides stability of the heater temperature and the input power, and can perform high-precision temperature control without an error between the measured temperature and the actual temperature. Some of the ceramic heaters that have eliminated the conventional problems greatly contribute to industrial development.
第1図は本発明の実施例を示す断面図、第2図はその制
御回路を示すブロック図、第3図は制御回路の他の例を
示すブロック図、第4図は外乱を与えた場合の温度、抵
抗、電力等の時間的変化を示すグラフ、第5図はモリブ
デンとタングステンの温度による抵抗率の変化を示すグ
ラフである。 (1):ヒーター本体、(2):電源供給装置、
(3):セラミックス基材、(4):抵抗体FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a control circuit thereof, FIG. 3 is a block diagram showing another example of the control circuit, and FIG. And FIG. 5 is a graph showing a change in resistivity depending on the temperature of molybdenum and tungsten. (1): heater body, (2): power supply device,
(3): ceramic substrate, (4): resistor
Claims (1)
ングステンまたはモリブデンを主成分とする抵抗体
(4)を埋設したヒーター本体(1)と、上記抵抗体に
供給される電力を制御する電源供給装置(2)とからな
り、この電源供給装置(2)が実温補正機構(14)を介
してヒーター温度による補正が加えられる抵抗/温度変
換値または温度/抵抗変換値を入力した制御装置(11)
を備え、抵抗体(4)の温度による抵抗値の変化にヒー
ター温度を加味した制御を行うことを特徴とするセラミ
ックスヒーター。1. A heater body (1) in which a resistor (4) containing tungsten or molybdenum as a main component is buried in a dense ceramic base (3), and electric power supplied to the resistor is controlled. A power supply device (2), wherein the power supply device (2) is controlled by inputting a resistance / temperature conversion value or a temperature / resistance conversion value to be corrected by a heater temperature via an actual temperature correction mechanism (14). Equipment (11)
A ceramic heater characterized by comprising: controlling the change of the resistance value due to the temperature of the resistor (4) in consideration of the heater temperature.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2177789A JP2644910B2 (en) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | Ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2177789A JP2644910B2 (en) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | Ceramic heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0467587A JPH0467587A (en) | 1992-03-03 |
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ID=16037135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2177789A Expired - Lifetime JP2644910B2 (en) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | Ceramic heater |
Country Status (1)
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Family Cites Families (2)
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---|---|---|---|---|
JPS58145084A (en) * | 1981-09-18 | 1983-08-29 | 国際技術開発株式会社 | Temperature control system for heater |
JPS62180980A (en) * | 1986-01-31 | 1987-08-08 | 京セラ株式会社 | Ceramic heater |
-
1990
- 1990-07-05 JP JP2177789A patent/JP2644910B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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JPH0467587A (en) | 1992-03-03 |
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