JP3925078B2 - 制御装置、温度調節器および熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御装置、制御対象の温度を制御する温度調節器および温度調節器を用いた熱処理装置に関し、さらに詳しくは、熱処理炉などの処理手段と、該処理手段で処理されるウェハなどの被処理物を制御対象として制御する制御装置、温度調節器および熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体プロセスの熱処理装置として、図２３に示される熱酸化装置があり、この熱酸化装置１８は、シリコンのウェハを酸化するものであって、熱処理炉としての反応管１９に必要なガスを流しながら酸化膜の生成を行うものである。この熱酸化装置１８は、反応管１９を外囲する均熱管２０の周囲に分割して配置された複数、この例では、３つの第１〜第３のヒータ２１1〜２１3とそれに個別的に対応する第１〜第３の温度センサ２２1〜２２3とを有し、温度制御は、マイクロコンピュータ２３によって、ヒータおよび温度センサの各組に対応する領域（以下「ゾーン」という）毎に個別に行われている。
【０００３】
すなわち、第１のヒータ２１1および第１の温度センサ２２1が配置された上側の第１のゾーンでは、第１の温度センサ２２1の検出出力に基づいて、目標温度になるように第１のヒータ２１1が操作され、第２のヒータ２１2および第２の温度センサ２２2が配置された中間の第２のゾーンでは、第２の温度センサ２２2の検出出力に基づいて、目標温度になるように第２のヒータ２１2が操作され、第３のヒータ２１3および第３の温度センサ２２3が配置された下側の第３のゾーンでは、第３の温度センサ２２3の検出出力に基づいて、目標温度になるように第３のヒータ２１3が操作される。
【０００４】
しかしながら、各ゾーンは熱的に連続しているので、一つのゾーンのヒータによる熱量は、そのゾーンのみならず、他のゾーンの温度センサにも影響を与える、いわゆる干渉を生じる。
【０００５】
かかる干渉は、熱酸化装置に限らず、例えば、実用新案登録公報第２５６５１５６号にも記載されているように、枚葉式のＣＶＤ装置における熱処理盤としてのウェハ置台の温度制御においても生じるものであり、図２４に示されるように、ウェハ６０が載置されるウェハ置台６１は、同心状に外円部６２、中間部６３、中心部６４に３分割されており、各部に個別的に対応するヒータ６５〜６７が設けられて各ゾーン毎に温度制御するものである。
【０００６】
このような干渉があるために、特に、過渡時や外乱時に温度のバラツキが顕著となって均一な温度制御が困難であり、また、各ゾーンを異なる目標温度に制御するといったことが容易でない。
【０００７】
そこで、本件出願人は、優先権主張を伴う平成１１年７月２９日提出の特願平１１−２１５０６１号（特開２０００−１８７５１４）において、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記制御対象を加熱（または冷却）する複数の加熱（または冷却）手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備える温度調節器を提案した。
【０００８】
図３は、上記出願で提案した温度調節器の一例を示すブロック図である。この温度調節器は、複数の温度センサの検出温度の平均温度（代表温度）および検出温度に基づく傾斜温度を算出する平均温度・傾斜温度算出手段（モード変換器）５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段としてのＰＩＤ制御手段６1〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を、所定の配分比で加熱手段を構成する各ヒータ１1〜１ｎに配分する配分手段（前置補償器）７とを備えている。
【０００９】
従来では、上述の図２３に示されるように、各ゾーン毎に温度を検出して対応するヒータを個別に制御していたけれども、この温度調節器では、干渉をなくすために、平均温度・傾斜温度算出手段５で算出される代表温度としての平均温度を制御量とするとともに、複数の検出温度の差である傾斜温度を制御量として温度制御を行うようにしている。
【００１０】
この配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を、各ヒータ１1〜１nに配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または各傾斜温度の制御が、他のＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または傾斜温度の制御に与える干渉をなくすように配分するものである。
【００１１】
かかる温度調節器によると、複数の温度検出手段から得られる検出温度を、傾斜温度と代表温度、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある制御対象の制御において、後述のように、その干渉を低減することが可能となり、例えば、ウェハを熱処理する熱処理盤の温度を所望の温度、例えば、均一な温度に制御することが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の温度調節器では、制御対象としての熱処理盤などの処理手段の温度を所望の温度に制御しているけれども、処理手段によって処理される被処理物の温度を所望の温度に制御するということは、考慮されておらず、処理手段の温度を制御することで、間接的に被処理物の温度を制御しているに過ぎないものであった。
【００１３】
例えば、熱処理盤などによる熱処理においては、熱処理盤の表面の凹凸などによる被処理物との接触度合いの相違、あるいは、熱処理盤の材質の不均一などに起因して被処理物に対して、熱が均一に伝わらず、このため、熱処理盤の温度を均一に制御しても、被処理物の温度は均一に制御されず、被処理物に対して均一な熱処理ができなかった。
【００１４】
すなわち、従来の温度調節器のような制御装置では、処理手段の物理状態を制御することはできるけれども、処理手段で処理される被処理物の温度などの物理状態を所望の状態に制御することはできないという難点がある。
【００１５】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、処理手段で処理される被処理物の温度などの物理状態を、所望の状態に制御できるようにすることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００２３】
また、本発明の制御装置は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する制御装置であって、前記処理手段の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの検出情報に基づいて、前記被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を出力する推定手段と、前記推定手段で推定された複数の推定情報を、前記物理状態の勾配を示す情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す情報に変換する変換手段と、前記変換手段からの勾配を示す情報または代表状態を示す情報に基づいて、操作信号をそれぞれ出力する複数の状態制御手段と、前記各状態制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００２４】
ここで、物理状態とは、温度、圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理量の状態をいう。物理状態の勾配とは、温度勾配、圧力勾配、流量勾配、速度勾配などの様々な物理量の勾配をいう。また、処理手段および被処理物を制御対象として制御するとは、処理手段に対して操作を加えて制御する一方、被処理物を所望の状態になるように制御することをいう。
【００２５】
さらに、物理状態の代表状態とは、制御対象の物理状態を代表的に示す状態をいい、例えば、温度であれば、制御対象の平均温度、ある位置（例えば中央位置）における温度などをいう。
【００２６】
本発明の制御装置によると、処理手段の物理状態を検出する複数の検出手段の検出情報から被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を得て、その複数の推定情報を、物理状態の勾配を示す情報と代表状態を示す情報、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の物理状態を所望の状態になるように制御できる。
【００２７】
また、本発明の制御装置は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する制御装置であって、前記処理手段の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの検出情報に基づいて、前記被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を出力する推定手段と、前記推定手段で推定された複数の推定情報と複数の目標情報との偏差を、前記物理状態の勾配を示す情報の偏差に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す情報の偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの前記勾配を示す情報の偏差または前記代表状態を示す情報の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の状態制御手段と、前記各状態制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００２８】
ここで、目標情報とは、物理状態の制御目標の情報をいい、例えば、目標温度、目標圧力、目標流量などをいう。
【００２９】
本発明の制御装置によると、処理手段の物理状態を検出する複数の検出手段の検出情報から被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を得て、その複数の推定情報を、物理状態の勾配あるいは代表状態を利用した情報、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行なうとともに、配分手段によって各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の物理状態を所望の状態になるように制御できる。
【００３０】
本発明の温度調節器は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度に基づいて、前記被処理物の温度を推定して複数の推定温度を出力する温度推定手段と、前記温度推定手段で推定された複数の推定温度を、複数の推定温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００３１】
本発明の温度調節器によると、処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段の検出温度から被処理物の温度を推定して複数の推定温度を得て、その複数の推定温度を、傾斜温度と代表温度、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の温度を所望の温度になるように制御できる。
【００３２】
また、本発明の温度調節器は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記傾斜温度および代表温度に基づいて、前記被処理物の対応する傾斜温度および代表温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段で推定された傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００３３】
本発明によると、処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段の検出温度を、干渉のない独立の情報である傾斜温度と代表温度に変換し、これら傾斜温度と代表温度から被処理物の対応する傾斜温度と代表温度とを推定し、推定した傾斜温度と代表温度に基づいて制御を行なうとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の温度を所望の温度になるように制御できる。
【００３４】
本発明の他の実施態様においては、前記温度推定手段は、前記変換手段で変換された前記傾斜温度および代表温度の一部に基づいて、前記被処理物の対応する傾斜温度および代表温度の少なくとも一部を推定するものであり、前記温度推定手段で推定されなかった傾斜温度または代表温度については、変換手段からの傾斜温度または平均温度が、前記温度制御手段に与えられるものである。
【００３５】
本発明によれば、制御対象の特性などに応じて、いずれの温度を推定するかを選択できることになる。
【００３６】
また、本発明の温度調節器は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度に基づいて、前記被処理物の温度を推定して複数の推定温度を出力する温度推定手段と、前記温度推定手段で推定された複数の推定温度と複数の目標温度との偏差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度の偏差または前記代表温度の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００３７】
本発明によると、処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段の検出温度から被処理物の温度を推定して複数の推定温度を得て、その複数の推定温度と目標温度を、傾斜温度の偏差および代表温度の偏差、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行なうとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の温度を所望の温度になるように制御できる。
【００３８】
本発明の一実施態様においては、外乱の影響度を推定して前記温度検出手段の前記検出温度または温度推定手段の推定温度を補正する外乱推定手段を備えている。
【００３９】
本発明によると、例えば、処理手段に被処理物を投入するといった外乱の影響を補正するので、精度の高い制御が行なえる。
【００４０】
本発明の熱処理装置は、本発明の温度調節器と、処理手段としての熱処理炉または熱処理盤と、前記熱処理炉または熱処理盤を加熱（または冷却）する複数の操作手段としての加熱（または冷却）手段と、前記熱処理炉または熱処理盤の温度を検出する複数の温度検出手段とを備えている。
【００４１】
本発明によると、本発明の温度調節器によって熱処理炉あるいは熱処理盤の温度制御を行うので、干渉を低減した温度制御が可能となるとともに、熱処理炉あるいては熱処理盤で処理される被処理物の温度を所望の温度に制御できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４３】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器を用いた温度制御システムの概略構成図である。
【００４４】
この実施の形態の温度制御システムは、図示しない被処理物を熱処理する処理手段３を加熱する操作手段としての複数のヒータ１1〜１ｎと、複数のヒータ１1〜１ｎに個別的に対応して処理手段３の温度を検出する複数の温度センサ２1〜２ｎと、これら温度センサ２1〜２ｎの検出出力に基づいて、各ヒータ１1〜１ｎを図示しない電磁開閉器などを介して操作して処理手段３の温度を制御することにより、後述のように被処理物の温度を所望の温度に制御する本発明に係る温度調節器４とを備えている。
【００４５】
処理手段３は、熱的に連続して干渉を生じるものであり、各ヒータ１1〜１ｎと対応する各温度センサ２1〜２ｎとがそれぞれ近接して配置されて複数のゾーンがそれぞれ形成されている。
【００４６】
この温度制御システムは、例えば、上述の図２３に示される熱酸化装置１８に適用できるものであり、処理手段３を、熱処理炉としての反応管１９とし、第１〜第３のヒータ１1〜１3を、反応管１９の周囲に分割して配置された第１〜第３のヒータ２１1〜２１3とし、第１〜第３の温度センサ２1〜２3を、各ゾーンの温度を検出する第１〜第３の温度センサ２２1〜２２3として適用することができるものである。
【００４７】
図２は、図１の温度調節器４のブロック図であり、この実施の形態の温度調節器４は、処理手段３の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度に基づいて、処理手段３で処理される被処理物の複数の処理点の温度を、後述のように推定する処理点温度推定手段１００と、推定された複数の推定温度の平均温度および推定温度に基づく傾斜温度を、後述のようにして算出する平均温度・傾斜温度算出手段（以下「モード変換器」ともいう）５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段としてのＰＩＤ制御手段６1〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を後述のように所定の配分比で加熱手段を構成する各ヒータ１1〜１ｎに配分する配分手段（以下「前置補償器」ともいう）７とを備えている。
【００４８】
この実施の形態では、処理点温度推定手段１００は、各温度センサ２1〜２ｎによる処理手段３の各検出点に個別的に対応する被処理物の各処理点の温度を、後述のようにして推定するのである。
【００４９】
この処理点温度推定手段１００、平均温度・傾斜温度算出手段５、ＰＩＤ制御手段６1 〜６ｎおよび配分手段７は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００５０】
この図２の詳細な説明に先立って、上述の特願平１１−２１５０６１号（特開２０００−１８７５１４）にも記載されている図３に示される基本的な構成によって、干渉のある制御対象である処理手段３に対して干渉を低減した制御が可能になることについて説明する。
【００５１】
この図３は、図２において、処理点温度推定手段１００を省略した構成であり、複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度の平均温度および検出温度に基づく傾斜温度を算出する平均温度・傾斜温度算出手段５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段としてのＰＩＤ制御手段６1〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を後述のように所定の配分比で加熱手段を構成する各ヒータ１1〜１ｎに配分する配分手段７とを備えている。
【００５２】
従来では、上述の図２３に示されるように、各ゾーン毎に温度を検出して対応するヒータを個別に制御していたけれども、この図３では、干渉をなくすために、平均温度・傾斜温度算出手段５で算出される代表温度としての平均温度および複数の各傾斜温度を制御量として温度制御を行うようにしている。
【００５３】
変換手段としての平均温度・傾斜温度算出手段５は、複数の温度センサ２1〜２ｎからの情報を、一つの平均温度と複数の傾斜温度との情報に変換するものであり、その理由は、干渉がなく、独立で分かりやすい情報にするためであり、例えば、次のような演算を行うものである。
【００５４】
すなわち、第１の温度センサ２1の検出出力をＳ１，第２の温度センサ２2の検出出力をＳ２，…第ｎの温度センサ２ｎの検出出力をＳｎとすると、下記に示される平均温度Ｔａｖ，第１の傾斜温度Ｔｔ１，第２の傾斜温度Ｔｔ２，…第ｎ−１の傾斜温度Ｔｔn-1を算出する。
【００５５】
Ｔａｖ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓｎ）÷ｎ
Ｔｔ１＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓn-1）÷（ｎ−１）−Ｓｎ
Ｔｔ２＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓn-2）÷（ｎ−２）−Ｓn-1
・
・
Ｔｔn-1＝Ｓ１−Ｓ２
ここで、Ｔａｖは、複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度の平均温度であり、傾斜温度Ｔｔ１は、複数の温度センサ２1〜２ｎを、温度センサ２1〜２n-1と温度センサ２ｎとの二つに区分した場合の温度センサ２1〜２n-1の平均検出温度と温度センサ２ｎの検出温度との差であり、傾斜温度Ｔｔ２は、複数の温度センサ２1〜２n-1を、温度センサ２1〜２n-2と温度センサ２n-1との二つに区分した場合の温度センサ２1〜２n-2の平均検出温度と温度センサ２n-1の検出温度との差であり、以下同様にして、傾斜温度Ｔｔn-1は、温度センサ２1と温度センサ２2との検出温度の差である。
【００５６】
以上の式をまとめて、モード変換行列Ｇｍと称する行列を用いて下記のように表すことができる。
【００５７】
【数１】
Ｔ＝Ｇｍ・Ｓ
ただし、Ｔ＝［Ｔａｖ Ｔｔ１ Ｔｔ２ ……Ｔｔn-1］T
Ｓ＝［Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３ ……Ｓn］T
この実施の形態では、これら平均温度Ｔａｖと複数の傾斜温度Ｔｔ１〜Ｔｔn-1とを制御量として温度制御を行うものである。
【００５８】
なお、傾斜温度は、この実施の形態に限られるものではなく、例えば、下記のモード変換行列Ｇｍに示されるように隣り合う温度センサの検出温度の温度差や複数の温度センサを二つのグループに区分して各グループの平均検出温度の温度差などの種々の傾斜温度を用いることができる。
【００５９】
【数２】
また、傾斜温度は、複数の温度センサを大きく二つのグループに区分した各グループの平均検出温度の温度差、各グループをさらに二つに区分した各グループの平均検出温度の温度差、さらに各グループを二つに区分した各グループの平均検出温度の温度差といったように、マクロな傾斜温度からミクロな傾斜温度までを算出して用いるようにしてもよい。
【００６０】
要するに、温度の傾斜を意味する情報と平均の情報とに分離して制御できるようにすればよい。
【００６１】
第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度と目標平均温度の制御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、第２のＰＩＤ制御手段６2は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第１の傾斜温度と第１の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第１の傾斜温度が第１の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、第３のＰＩＤ制御手段６3は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第２の傾斜温度と第２の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第２の傾斜温度が第２の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、以下同様にして、第ｎのＰＩＤ制御手段６ｎは、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第ｎ−１の傾斜温度と第ｎ−１の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第ｎ−１の傾斜温度が第ｎ−１の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力する。
【００６２】
すなわち、第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度を制御し、第２〜第ｎの各ＰＩＤ制御手段６2〜６ｎは、第１〜第ｎ−１の傾斜温度をそれぞれ制御するものである。
【００６３】
次に配分手段７について説明する。
【００６４】
この配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を、各ヒータ１1〜１nに配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または各傾斜温度の制御が、他のＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または傾斜温度の制御に与える干渉をなくすように配分するものである。
【００６５】
例えば、第１のＰＩＤ制御手段６1の操作信号によって平均温度を変化させる場合に、その操作信号によって傾斜温度が変化せず、また、第２のＰＩＤ制御手段６2の操作信号によって第１の傾斜温度を変化させる場合に、その操作信号によって平均温度および他の傾斜温度が変化せず、同様に、各ＰＩＤ制御手段の操作信号によって他のＰＩＤ制御手段による制御が影響されないように配分するのである。
【００６６】
この配分手段７による配分について、さらに詳細に説明する。
【００６７】
ここで、分かり易くするために、ｎ＝２、すなわち、ゾーンが２つであって、第１，第２のヒータ１1，１2、第１、第２の温度センサ２1，２2、平均温度を制御する第１のＰＩＤ制御手段６1および両温度センサ２1，２2の検出温度の差である傾斜温度を制御する第２のＰＩＤ制御手段６2を備える場合に適用して図４に基づいて説明する。
【００６８】
この図４は、上述の熱処理炉としての反応管１９や熱処理盤としてのウェハ置台６１といった干渉のある制御対象である処理手段３に適用した例であり、図３に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００６９】
平均温度・傾斜温度検出手段５は、第１，第２の温度センサ２1，２2の検出出力に相当する制御対象（処理手段）３からのフィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２を、図５に示されるように加算器８で加算して減衰器９で１／２に減衰して平均温度Ｔａｖを出力する一方、両温度センサ２1，２2の検出出力に相当するフィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２を減算器１０で減算して傾斜温度Ｔｔを出力するものである。なお、２６1，２６2は、減算器である。
【００７０】
第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度Ｔａｖと目標平均温度の制御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度になるように操作信号（操作量）Ｈａｖを配分手段７に出力し、第２のＰＩＤ制御手段６2は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの傾斜温度Ｔｔと目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、傾斜温度が目標傾斜温度になるように操作信号（操作量）Ｈｔを配分手段７に出力する。
【００７１】
配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1，６2の操作信号（操作量）Ｈａｖ，Ｈｔを以下のような配分比で各ヒータ１1，１2に配分する。
【００７２】
すなわち、図６は、図４のシステムの制御系のブロック線図である。平均温度を制御する第１のＰＩＤ制御手段６1から与えられる操作量Ｈａｖを、配分手段７で干渉をなくす、すなわち、非干渉化するための係数である非干渉化係数（配分比）ｋ1，ｋ2で第１，第２のヒータ１1，１2にそれぞれ配分するとともに、第２のＰＩＤ制御手段６2から与えられる操作量Ｈｔを、非干渉化係数（配分比）ｋ3，ｋ4で第１，第２のヒータ１1，１2にそれぞれ配分し、これによって、各ヒータ１1，１2に熱量Ｈ1，Ｈ2がそれぞれ与えられるとする。
【００７３】
また、第１のヒータ１1に与えられた熱量Ｈ1は、伝達係数（干渉係数）ｌ1で第１の温度センサ２1に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ2で第２の温度センサ２2に伝わり、同様に、第２のヒータ１2に与えられた熱量Ｈ2は、伝達係数（干渉係数）ｌ3で第１の温度センサ２1に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ4で第２の温度センサ２2に伝わるとする。
【００７４】
そして、第１の温度センサ２1で検出された検出温度Ｔ1と第２の温度センサ２2で検出された検出温度Ｔ2とから平均温度Ｔａｖおよび傾斜温度Ｔｔが算出されて各ＰＩＤ制御手段６1，６2に入力されるという制御ループが構成されている。
【００７５】
以上のことから平均温度Ｔａｖは、次のように示される。
【００７６】
ここで、平均温度Ｔａｖは、平均温度の操作量Ｈａｖのみの関数で、傾斜温度の操作量Ｈｔの影響をなくすように、すなわち、非干渉化を図るために、Ｈｔの項を０とする。
【００７７】
すなわち、（ｌ1＋ｌ2）・ｋ3＋（ｌ3＋ｌ4）・ｋ4＝０
したがって、ｋ4＝−｛（ｌ1＋ｌ2）／（ｌ3＋ｌ4）｝ｋ3
となる。
【００７８】
同様に、傾斜温度Ｔｔは、次のように示される。
【００７９】
ここで、傾斜温度Ｔｔは、傾斜温度の操作量Ｈｔのみの関数で、平均温度の操作量Ｈａｖの影響をなくすように、すなわち、非干渉化を図るために、Ｈａｖの項を０とする。
【００８０】
すなわち、（ｌ1−ｌ2）ｋ1＋（ｌ3−ｌ4）ｋ2＝０
したがって、ｋ2＝−｛（ｌ1−ｌ2）／（ｌ3−ｌ4）｝ｋ1
となる。
【００８１】
以上のことから傾斜温度に影響を与えずに平均温度を制御し、また、平均温度に影響を与えずに傾斜温度を制御する、すなわち、平均温度と傾斜温度との干渉をなくした非干渉制御を行うためには、非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4で配分すればよく、この非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4を算出するためには、第１のヒータ１1の熱量が第１，第２の温度センサ２1，２2に伝わる伝達係数（干渉係数）ｌ1，ｌ2および第２のヒータ１2の熱量が第１，第２の温度センサ２1，２2に伝わる伝達係数（干渉係数）ｌ3，ｌ4を知る必要がある。
【００８２】
なお、非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4は、ｋ1とｋ2、ｋ3とｋ4との比率がそれぞれ分かれば、ＰＩＤ制御のゲインによって対応できるので、絶対値は必ずしも必要でない。
【００８３】
伝達係数（干渉係数）ｌ1〜ｌ4は、次のようにして求めることができる。すなわち、ヒータを一つだけ変動させて他のヒータは、一定値に固定、例えば、オンのままあるいはオフのままとし、ヒータの変化量に対する各温度センサの変化量の比率を伝達係数とするのである。
【００８４】
例えば、第２のヒータ２2をオフのままの状態で、第１のヒータ１1を、ある温度振幅で変動させたときに、第１，第２の温度センサ２1，２2の検出温度にどの程度の温度振幅の変動が生じるかによって伝達係数ｌ1，ｌ2を計測することができ、例えば、ヒータを温度振幅１で変動させたきに、温度センサの温度振幅が１０であれば、伝達係数は、１０（＝１０／１）となる。
【００８５】
ここで、図４の配分手段７における非干渉化係数（配分比）を用いた配分についてさらに具体的に説明する。
【００８６】
ここで、制御対象である処理手段３の特性を、例えば、図７に示されるように、２入力（ＭＶ１，ＭＶ２）２出力（ＰＶ１，ＰＶ２）の干渉のある制御対象とする。
【００８７】
この制御対象である処理手段３は、第１の操作量ＭＶ１が、第１の加算器２８に与えられるとともに、第１の減衰器２９で０.９に減衰されて第２の加算器３０に与えられる一方、第２の操作量ＭＶ２が、第２の加算器３０に与えられるとともに、第２の減衰器３１で０.９に減衰されて第１の加算器２８に与えられ、各加算器２８，３０の加算出力が、第１，第２の遅れ要素３２，３３にそれぞれ与えられる構成とされており、この例では、各操作量ＭＶ１，ＭＶ２が０.９の割合で他方に加えられて互いに干渉を生じるものである。
【００８８】
この特性から伝達係数は、ｌ1＝１，ｌ2＝０.９，ｌ3＝０.９，ｌ4＝１である。
【００８９】
したがって、上述の非干渉化係数の式に代入すると、
となる。
【００９０】
そこで、仮に各ヒータに配分される熱量の合計が、Ｈａｖと等しくなるように、すなわち、ｋ1＋ｋ2＝１となるように設計し、分かり易さのために、ｋ3＝１という条件を加える。
【００９１】
これによって、
ｋ2＝ｋ1＝１／２
また、ｋ4＝−ｋ3＝−１
となり、配分比（非干渉化係数）が決定される。
【００９２】
つまり、図８に示されるように、平均温度の操作量Ｈａｖは、１／２ずつ各ヒータ１1，１2に配分し、傾斜温度の操作量Ｈｔは、第１のヒータ１1には、そのまま、第２のヒータ１2には、符号を変えて配分すればよい。
【００９３】
ここで、配分比（非干渉化係数）は、次のようにして求めることもできる。
【００９４】
すなわち、上述のモード変換行列Ｇｍと上述の伝達係数（干渉係数）の行列Ｐとから配分比（非干渉化係数）の行列（以下「前置補償行列」ともいう）Ｇｃは、以下のように逆行列として求めることもできる。
【００９５】
Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｐ）-1
この実施の形態に適用すると、制御対象のある時間の特性である伝達係数（干渉係数）の行列Ｐを、
【００９６】
【数３】
とすると、配分比（非干渉化係数）の行列である前置補償行列Ｇｃは、
【００９７】
【数４】
確かめとして、Ｇｍ・Ｐ・Ｇｃ＝１となるかどうかを計算する。
【００９８】
【数５】
なお、この実施の形態では、配分比（非干渉化係数）を、伝達係数を用いて算出したけれども、本発明の他の実施の形態として、伝達係数に代えて、周波数特性も表す伝達関数を用いて算出するようにしてもよい。
【００９９】
図４のシステムでは、配分手段７は、図８に示されるように、平均温度の操作信号（操作量）Ｈａｖは、各減衰器１１，１２でそれぞれ１／２に減衰して加算器１３および減算器１４にそれぞれ配分され、傾斜温度の操作信号（操作量）Ｈｔは、加算器１３および減算器１４にそれぞれ配分され、加算器１３の出力Ｈ1が第１のヒータ１1に、減算器１４の出力Ｈ2が第２のヒータ１2に与えられる。
【０１００】
この配分手段７によれば、平均温度の操作量Ｈａｖによって平均温度を変化させる場合には、各ヒータ１1，１2に操作量が等しく配分されるので、傾斜温度に影響を与えることなく、すなわち、干渉することなく、平均温度のみを変化させることができる。また、傾斜温度の操作量Ｈｔによって傾斜温度を変化させる場合には、一方のヒータ１1には、その操作量が１倍で与えられる一方、他方のヒータ１2には、−１倍で与えられるので、両ヒータに与える総熱量を変化させることなく、すなわち、平均温度に影響を与えることなく、傾斜温度のみを変化させることができる。
【０１０１】
以上の非干渉制御については、上述の特開２０００−１８７５１４において詳述されている。
【０１０２】
図３の基本構成によって、上述のように干渉の低減された制御が可能となり、制御対象としての処理手段３の温度を所望の温度に制御できることになる。
【０１０３】
上述の図２の本発明の実施の形態では、処理手段３および該処理手段３によって処理される被処理物を制御対象とする、すなわち、処理手段３に対して操作を加えて制御する一方、被処理物を所望の温度状態になるように制御するものである。
【０１０４】
このため、図２の実施の形態では、図３の基本構成に、処理手段３の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度に基づいて、処理手段３で処理される被処理物の前記複数の処理点の温度を、後述のように推定する処理点温度推定手段１００を設けたものである。
【０１０５】
図９は、図２の温度調節器４を用いた温度制御システムの構成図であり、図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１０６】
同図において、１０１は、処理手段３によって処理される被処理物であり、処理点温度推定器１００は、処理手段３の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度に基づいて、処理手段３で処理される被処理物の前記複数の処理点の温度を、後述のように推定するものであり、各処理点は、温度センサ２1〜２ｎによってそれぞれ検出される各検出点に個別的に対応している。
【０１０７】
処理手段３を、例えば、熱処理盤とし、被処理物を、前記熱処理盤上に載置処理されるウェハとすると、処理点温度推定器１００は、熱処理盤の複数の検出点の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサからの検出温度に基づいて、前記検出点に対応するウェハの各処理点の温度をそれぞれ推定するものである。熱処理盤の検出点とウェハの処理点との関係は、例えば、熱処理盤の検出点の真上に位置するウェハの点を処理点としてもよいし、多少ずれた位置を処理点としてもよい。要は、熱処理盤の検出点の検出温度からウェハの温度を推定できる点を処理点とすればよい。
【０１０８】
この処理点温度推定器１００によって推定された複数の推定温度に基づいて、モード変換器５で推定平均温度および推定傾斜温度を算出し、推定平均温度と目標平均温度との偏差または推定傾斜温度と目標傾斜温度との偏差を制御偏差として、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎで操作信号を出力し、その操作信号を、前置補償器７で上述のように配分して操作手段としてのヒータに与えるのである。
【０１０９】
すなわち、各温度センサの検出温度に代えて、各検出温度に個別的に対応する処理点の推定温度に基づいて、上述の非干渉制御を行なうものである。
【０１１０】
温度センサの検出温度に基づいて、非干渉制御を行なう図３によれば、干渉を低減して処理手段３の温度を所望の温度に制御できたのに対して、検出温度に代えて、処理点の推定温度に基づいて非干渉制御を行なうこの実施の形態では、被処理物１０１の処理点の温度を所望の温度に制御できることになる。
【０１１１】
次に、処理点温度推定器１００について、さらに詳細に説明する。
【０１１２】
図１０は、処理点温度推定器１００の構成の一例を示す図であり、この実施の形態では、制御のシュミレーションソフト（ＭＡＴＬＡＢ）によるシステム同定に記載されているＡＲＸモデル１０２を用いて、処理手段３の温度を検出する温度センサからの検出温度に基づいて、被処理物１０１の処理点温度を推定するものである。
【０１１３】
以下、このＡＲＸモデル１０２も用いた同定について説明するが、かかる説明では、「ＭＡＴＬＡＢによる制御のためのシステム同定」足立修一著 東京電機大学出版局に使用されている記号を、基本的に使用している。
【０１１４】
図１１は、ＡＲＸモデル１０２の構造を示しており、同図において、ｕ（ｋ）は、入力、ｙ（ｋ）は出力、ｗ（ｋ）は白色雑音、ｋ＝１，２，３…Ｎである。
【０１１５】
ここで、Ａ（ｑ）＝１＋ａ1ｑ-1＋ａ2ｑ-2＋…＋ａnｑ-n
Ｂ（ｑ）＝ｂ1ｑ-1＋ｂ2ｑ-2＋…＋ｂnｑ-n
である。。
【０１１６】
同定手法によって、求めるのは、パラメータ・ベクトルθである。
【０１１７】
そのθは以下の式で求める。
【０１１８】
すなわち、一次のモデルでは、以下の式となる。
【０１１９】
【数６】
また、二次のモデルでは、以下の式となる。
【０１２０】
【数７】
さらに、ｎ次のモデルでは、以下の式となる。
【０１２１】
【数８】
したがって、処理手段３の温度を検出する温度センサの検出出力を、ＡＲＸモデルの入力ｕ（ｋ）とし、そのときの被処理物の処理点の温度を実際に計測した計測温度を、ＡＲＸモデルの出力ｙ（ｋ）として、上述の式からパラメータ・ベクトルθを決定（予測）できることになる。
【０１２２】
このようにしてパラメータ・ベクトルを決定することにより、以後は、温度センサの検出出力から対応する被処理物の処理点温度を推定できることになる。
【０１２３】
なお、本発明は、ＡＲＸモデルに限らず、例えば、図１２に示される一次遅れ系（時定数Ｔｓ）としてモデル化してもよいし、あるいは、図１３に示されるように、さらに無駄時間Ｌｓを加えたモデルで近似してもよい。
【０１２４】
図１４は、２点制御の例を示す温度制御システムの構成図であり、図９に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１２５】
なお、以下の説明においては、処理手段３として、熱処理盤、被処理物として、前記熱処理盤に順次載置されて熱処理されるウェハとして説明する。
【０１２６】
この実施の形態では、処理手段３である熱処理盤の温度を、二つの温度センサで検出し、その検出温度から処理点温度推定器１００では、各検出点に対応する被処理物であるウェハの処理点温度を推定し、この推定された二つの推定温度を、モード変換器５で推定平均温度および推定傾斜温度に変換し、この推定平均温度および推定傾斜温度を制御量として上述の非干渉制御を行なうものである。
【０１２７】
処理点温度推定器１００は、例えば、ＡＲＸモデルを用いて処理点温度を推定するものであり、このＡＲＸモデルのパラメータを決定するために、予めウェハ自体の処理点温度を計測できるセンサが装備された評価用のウェハを用いて、熱処理盤の温度を検出する温度センサの検出温度と、評価用のウェハで実際に計測された処理点温度とから上述のようにしてパラメータを予め決定し、このパラメータが処理点温度推定器１００に設定されているものである。
【０１２８】
なお、評価用ウェハは、該ウェハ自体の温度を計測できるように構成されている以外は、熱処理盤で処理される通常のウェハと同じである。
【０１２９】
この実施の形態では、干渉のない制御が行なえるとともに、被処理物であるウェハの温度を所望の温度、例えば、均一な温度に制御できることになる。
【０１３０】
図１５は、本発明の他の実施の形態の温度制御システムの構成図であり、図１４に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１３１】
この実施の形態では、上述のモード変換器５を、傾斜温度演算器５1と、平均温度演算器５2とし、傾斜温度演算器５1には、処理点温度推定器１００からの推定温度を入力する一方、平均温度演算器５2には、推定温度ではなく、熱盤の温度を検出する温度センサからの検出温度を入力するようにしている。
【０１３２】
かかる構成によって、ウェハの処理点の推定温度を用いる場合に比べて、平均温度のフィードバックの遅れ時間が改善できることになり、平均温度がよりハンチングし難い安定な状態になる。
【０１３３】
図１６は、本発明の他の実施の形態の図９に対応する制御システムの構成図である。
【０１３４】
この実施の形態の温度調節器では、処理点温度推定器１００のＡＲＸモデルのパラメータを同定する同定手段１０３を設けたものであり、この同定手段１０３は、例えば、工場出荷前の最終調整時に、処理点温度を計測できる評価用のウェハからの各処理点の実際の計測温度が与えられる処理点温度計測手段１０４と、この処理点温度計測手段１０４から処理点温度と、処理手段３としての熱処理盤の温度を検出する温度センサからの検出温度とが与えられ、それらに基づいて、上述のようにしてＡＲＸモデルのパラメータを計算する同定計算器１０５とを備えている。
【０１３５】
なお、同定計算を行いたいタイミングは、例えば、高温になっている熱処理盤に、被処理物である評価用のウェハを載置接触させたときを、処理点温度推定器パラメータ導出指令として同定手段１０３に与えて自動的に同定計算を行なわせるものである。
【０１３６】
なお、ＡＲＸモデルのパラメータの求め方は、最小二乗法など同定誤差を最小する方法など、上述の「ＭＡＴＬＡＢによる制御のためのシステム同定」に記載されている方法などを用いればよい。
【０１３７】
この例では、処理点温度推定器１００のパラメータの設定は、工場出荷時の１回きりの計測を想定したけれども、頻繁にパラメータを設定するようにして制御対象の特性の変化をモデルに反映させるようにしてもよいのは勿論である。
【０１３８】
図１７は、本発明の他の実施の形態の図９に対応する構成図であり、対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１３９】
この実施の形態は、外乱モデルを追加したものであり、例えば、被処理物としてのウェハを、高温の熱処理盤に載置接触させた場合に、接触の度合いや熱処理盤の中央部と周辺部とでの熱の伝わり方の違いにより、温度制御する被処理物の各処理点の温度低下が同程度になるとは限らない。このように熱処理される被処理物の僅かな温度低下のバラツキも気になるような高精度の温度均一制御に有効である。
【０１４０】
すなわち、この実施の形態では、外乱影響度推定器１０６を設けており、被処理物であるウェハが、熱処理盤に載置されたことを示す熱処理開始信号に応答して外乱の影響度に対応する出力を与え、熱処理盤の温度を検出する温度センサからの検出温度に加えることで、外乱の影響を補正するのである。
【０１４１】
この外乱影響度推定器１０６は、例えば、上述のＡＲＸモデルを用いて推定することができる。
【０１４２】
このＡＲＸモデルのパラメータを決定するために、予めウェハ自体の処理点温度を計測できるセンサが装備された評価用のウェハを用いて、ウェハが熱処理盤に載置された熱処理開始信号と、評価用のウェハで実際に計測された処理点温度とからＡＲＸモデルのパラメータを決定し、このパラメータが外乱影響度推定器１０６に設定されているものである。
【０１４３】
図１８は、本発明の他の実施の形態の図１７に対応する構成図であり、図１７に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１４４】
この実施の形態では、外乱影響度推定器１０６のＡＲＸモデルのパラメータを同定する同定手段１０７を設けたものであり、この同定手段１０７は、例えば、工場出荷前の最終調整時に、処理点温度を計測できる評価用のウェハからの各処理点の実際の計測温度が与えられる処理点温度計測手段１０８と、この処理点温度計測手段１０８から処理点温度と、処理手段３としての熱盤に被処理物であるウェハが載置された熱処理開始信号とが与えられ、それらに基づいて、上述のようにしてＡＲＸモデルのパラメータを計算する同定計算器１０９とを備えている。また、同定計算を行いたいタイミングには、外乱影響度推定器パラメータ導出指令が、同定計算器１０９に与えられるようになっている。
【０１４５】
なお、本発明の他の実施の形態として、図１９に示されるように、同定時のノイズとなるフィードバック側を、同定時に切り離して操作信号を与えないようにし、外乱だけを与えて同定するようにしてもよい。
【０１４６】
また、本発明の他の実施の形態として、図２０に示されるように、外乱影響度推定器１０６と処理点温度推定器１００とを足し合わせるように配置してもよい。
上述の図１７の構成では、同定で求めた外乱側のモデルは、外乱影響度推定器１０６と処理点温度推定器１００との直列として求まる。そのため、外乱影響度推定器１０６だけにするためには、処理点温度推定器１００分を外す計算を必要があるが、この実施の形態では、その必要がなく、同定が簡単になる。
【０１４７】
上述の各実施の形態では、処理点温度推定器１００によって、各処理点の温度を推定し、それら推定温度から平均温度や傾斜温度を算出したけれども、本発明の他の実施の形態として、温度センサからの検出温度に基づいて、平均温度や傾斜温度を算出し、この算出した平均温度や傾斜温度から処理点の平均温度や傾斜温度を推定するようにしてもよい。
【０１４８】
例えば、図２１に示されるように、モード変換器５で温度センサからの検出温度を、平均温度および傾斜温度に変換し、変換された傾斜温度から処理点傾斜温度推定器１１０で処理点傾斜温度を推定するのである。この処理傾斜温度推定器１１０も、上述のＡＲＸモデルなどで近似できるものである。なお、変換された平均温度から処理点の平均温度を推定するようにしてもよいのは勿論である。
【０１４９】
また、上述の各実施の形態では、平均温度や傾斜温度を算出し、目標平均温度や傾斜目標温度との偏差を求めたけれども、本発明の他の実施の形態として、各温度センサの検出温度に個別的に対応する推定温度と、目標推定温度との偏差を求め、この偏差から平均温度の偏差や傾斜温度の偏差を求めてもよい。
【０１５０】
例えば、図２２に示されるように、モード変換器５’は、複数の温度センサからの検出温度に個別的に対応する推定温度と目標温度との温度偏差、すなわち、各ｃｈ毎の温度偏差を、平均温度と目標平均温度との偏差である平均温度偏差に変換するとともに、傾斜温度と目標傾斜温度との偏差である傾斜温度偏差に変換するものである。
【０１５１】
つまり、上述の各実施の形態では、検出温度に個別的に対応する推定温度を、平均温度および傾斜温度に変換した後に制御偏差を求めるのに対して、この実施の形態では、推定温度と目標温度との温度偏差を求め、その温度偏差を、制御偏差である平均温度偏差および傾斜温度偏差に変換するものである。
【０１５２】
上述の各実施の形態では、傾斜温度および代表温度としての平均温度を用いた非干渉制御に適用したけれども、本発明は、非干渉制御に限るものではなく、傾斜温度などを用いない、例えば、図２３に示されるような従来の温度制御に適用してもよく、要は、処理手段の検出温度から該処理手段で処理される被処理物の処理点温度を推定し、被処理物の温度が所望の温度になるように制御すればよい。
【０１５３】
本発明の他の実施の形態として、平均温度に代えて、例えば、中央のゾーンの温度やウェーハ置台の中央位置の温度を代表温度とし、代表温度と傾斜温度とを制御量として制御を行ってもよい。
【０１５４】
上述の実施の形態では、平均温度は、全体の平均温度一つだけを用いたけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、複数に区分した各グループの各平均温度、すなわち、複数の平均温度を用いるようにしてもよい。
【０１５５】
上述の実施の形態では、ＰＩＤ制御に適用して説明したけれども、本発明は、ＰＩＤ制御に限らず、オンオフ制御、比例制御、積分制御などの他の制御方式にも適用できるものである。
【０１５６】
また、本発明の熱処理装置は、熱酸化装置に限らず、拡散炉やＣＶＤ装置、射出成形機のシリンダ部の温度制御あるいは包装機のヒータ台の温度制御などにも適用できるものである。特に、成形機のシリンダ内の被処理物である樹脂の温度制御に好適である。
【０１５７】
上述の実施の形態では、ヒータなどの加熱手段を用いた温度制御に適用した説明したけれとも、ペルチェ素子や冷却器などを用いた温度制御に適用してもよいのは勿論であり、さらに、加熱手段と冷却手段とを併用する温度制御に適用してもよい。
【０１５８】
また、本発明は、温度制御に限らず、例えば、圧力をかけて被処理物を処理する圧力制御や流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御に適用することもできる。
【０１５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、干渉のある制御対象の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、処理手段で処理される被処理物の温度などの物理状態を所望の状態に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図２】図１の温度調節器のブロック図である。
【図３】非干渉制御の基本構成を示すブロック図である。
【図４】温度センサ、ヒータおよびＰＩＤ制御手段が２つの場合の構成図である。
【図５】図３の平均温度・傾斜温度算出手段５のブロック図である。
【図６】図３の制御系のブロック線図である。
【図７】制御対象としての処理手段３の特性を示す図である。
【図８】図３の配分手段のブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るブロック図である。
【図１０】図９の処理点温度推定器の構成を示す図である。
【図１１】図１０のＡＲＸモデルの構成を示す図である。
【図１２】図９の処理点温度推定器の他の構成を示す図である。
【図１３】図９の処理点温度推定器のさらに他の構成を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図２０】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図２２】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図２３】熱酸化装置の構成を示す図である。
【図２４】ウェーハ置台を示す図である。
【符号の説明】
１1〜１ｎ ヒータ
２1〜２ｎ 温度センサ
３ 処理手段
４ 温度調節器
５ 平均温度・傾斜温度算出手段
６1〜６ｎ ＰＩＤ制御手段
７ 配分手段
１８ 熱酸化装置
１００ 処理点温度推定器
１０１ 被処理物
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御装置、制御対象の温度を制御する温度調節器および温度調節器を用いた熱処理装置に関し、さらに詳しくは、熱処理炉などの処理手段と、該処理手段で処理されるウェハなどの被処理物を制御対象として制御する制御装置、温度調節器および熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体プロセスの熱処理装置として、図２３に示される熱酸化装置があり、この熱酸化装置１８は、シリコンのウェハを酸化するものであって、熱処理炉としての反応管１９に必要なガスを流しながら酸化膜の生成を行うものである。この熱酸化装置１８は、反応管１９を外囲する均熱管２０の周囲に分割して配置された複数、この例では、３つの第１〜第３のヒータ２１1〜２１3とそれに個別的に対応する第１〜第３の温度センサ２２1〜２２3とを有し、温度制御は、マイクロコンピュータ２３によって、ヒータおよび温度センサの各組に対応する領域（以下「ゾーン」という）毎に個別に行われている。
【０００３】
すなわち、第１のヒータ２１1および第１の温度センサ２２1が配置された上側の第１のゾーンでは、第１の温度センサ２２1の検出出力に基づいて、目標温度になるように第１のヒータ２１1が操作され、第２のヒータ２１2および第２の温度センサ２２2が配置された中間の第２のゾーンでは、第２の温度センサ２２2の検出出力に基づいて、目標温度になるように第２のヒータ２１2が操作され、第３のヒータ２１3および第３の温度センサ２２3が配置された下側の第３のゾーンでは、第３の温度センサ２２3の検出出力に基づいて、目標温度になるように第３のヒータ２１3が操作される。
【０００４】
しかしながら、各ゾーンは熱的に連続しているので、一つのゾーンのヒータによる熱量は、そのゾーンのみならず、他のゾーンの温度センサにも影響を与える、いわゆる干渉を生じる。
【０００５】
かかる干渉は、熱酸化装置に限らず、例えば、実用新案登録公報第２５６５１５６号にも記載されているように、枚葉式のＣＶＤ装置における熱処理盤としてのウェハ置台の温度制御においても生じるものであり、図２４に示されるように、ウェハ６０が載置されるウェハ置台６１は、同心状に外円部６２、中間部６３、中心部６４に３分割されており、各部に個別的に対応するヒータ６５〜６７が設けられて各ゾーン毎に温度制御するものである。
【０００６】
このような干渉があるために、特に、過渡時や外乱時に温度のバラツキが顕著となって均一な温度制御が困難であり、また、各ゾーンを異なる目標温度に制御するといったことが容易でない。
【０００７】
そこで、本件出願人は、優先権主張を伴う平成１１年７月２９日提出の特願平１１−２１５０６１号（特開２０００−１８７５１４）において、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記制御対象を加熱（または冷却）する複数の加熱（または冷却）手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備える温度調節器を提案した。
【０００８】
図３は、上記出願で提案した温度調節器の一例を示すブロック図である。この温度調節器は、複数の温度センサの検出温度の平均温度（代表温度）および検出温度に基づく傾斜温度を算出する平均温度・傾斜温度算出手段（モード変換器）５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段としてのＰＩＤ制御手段６1〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を、所定の配分比で加熱手段を構成する各ヒータ１1〜１ｎに配分する配分手段（前置補償器）７とを備えている。
【０００９】
従来では、上述の図２３に示されるように、各ゾーン毎に温度を検出して対応するヒータを個別に制御していたけれども、この温度調節器では、干渉をなくすために、平均温度・傾斜温度算出手段５で算出される代表温度としての平均温度を制御量とするとともに、複数の検出温度の差である傾斜温度を制御量として温度制御を行うようにしている。
【００１０】
この配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を、各ヒータ１1〜１nに配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または各傾斜温度の制御が、他のＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または傾斜温度の制御に与える干渉をなくすように配分するものである。
【００１１】
かかる温度調節器によると、複数の温度検出手段から得られる検出温度を、傾斜温度と代表温度、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある制御対象の制御において、後述のように、その干渉を低減することが可能となり、例えば、ウェハを熱処理する熱処理盤の温度を所望の温度、例えば、均一な温度に制御することが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の温度調節器では、制御対象としての熱処理盤などの処理手段の温度を所望の温度に制御しているけれども、処理手段によって処理される被処理物の温度を所望の温度に制御するということは、考慮されておらず、処理手段の温度を制御することで、間接的に被処理物の温度を制御しているに過ぎないものであった。
【００１３】
例えば、熱処理盤などによる熱処理においては、熱処理盤の表面の凹凸などによる被処理物との接触度合いの相違、あるいは、熱処理盤の材質の不均一などに起因して被処理物に対して、熱が均一に伝わらず、このため、熱処理盤の温度を均一に制御しても、被処理物の温度は均一に制御されず、被処理物に対して均一な熱処理ができなかった。
【００１４】
すなわち、従来の温度調節器のような制御装置では、処理手段の物理状態を制御することはできるけれども、処理手段で処理される被処理物の温度などの物理状態を所望の状態に制御することはできないという難点がある。
【００１５】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、処理手段で処理される被処理物の温度などの物理状態を、所望の状態に制御できるようにすることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００２３】
また、本発明の制御装置は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する制御装置であって、前記処理手段の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの検出情報に基づいて、前記被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を出力する推定手段と、前記推定手段で推定された複数の推定情報を、前記物理状態の勾配を示す情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す情報に変換する変換手段と、前記変換手段からの勾配を示す情報または代表状態を示す情報に基づいて、操作信号をそれぞれ出力する複数の状態制御手段と、前記各状態制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００２４】
ここで、物理状態とは、温度、圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理量の状態をいう。物理状態の勾配とは、温度勾配、圧力勾配、流量勾配、速度勾配などの様々な物理量の勾配をいう。また、処理手段および被処理物を制御対象として制御するとは、処理手段に対して操作を加えて制御する一方、被処理物を所望の状態になるように制御することをいう。
【００２５】
さらに、物理状態の代表状態とは、制御対象の物理状態を代表的に示す状態をいい、例えば、温度であれば、制御対象の平均温度、ある位置（例えば中央位置）における温度などをいう。
【００２６】
本発明の制御装置によると、処理手段の物理状態を検出する複数の検出手段の検出情報から被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を得て、その複数の推定情報を、物理状態の勾配を示す情報と代表状態を示す情報、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の物理状態を所望の状態になるように制御できる。
【００２７】
また、本発明の制御装置は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する制御装置であって、前記処理手段の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの検出情報に基づいて、前記被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を出力する推定手段と、前記推定手段で推定された複数の推定情報と複数の目標情報との偏差を、前記物理状態の勾配を示す情報の偏差に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す情報の偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの前記勾配を示す情報の偏差または前記代表状態を示す情報の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の状態制御手段と、前記各状態制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００２８】
ここで、目標情報とは、物理状態の制御目標の情報をいい、例えば、目標温度、目標圧力、目標流量などをいう。
【００２９】
本発明の制御装置によると、処理手段の物理状態を検出する複数の検出手段の検出情報から被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を得て、その複数の推定情報を、物理状態の勾配あるいは代表状態を利用した情報、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行なうとともに、配分手段によって各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の物理状態を所望の状態になるように制御できる。
【００３０】
本発明の温度調節器は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度に基づいて、前記被処理物の温度を推定して複数の推定温度を出力する温度推定手段と、前記温度推定手段で推定された複数の推定温度を、複数の推定温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００３１】
本発明の温度調節器によると、処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段の検出温度から被処理物の温度を推定して複数の推定温度を得て、その複数の推定温度を、傾斜温度と代表温度、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の温度を所望の温度になるように制御できる。
【００３２】
また、本発明の温度調節器は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記傾斜温度および代表温度に基づいて、前記被処理物の対応する傾斜温度および代表温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段で推定された傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００３３】
本発明によると、処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段の検出温度を、干渉のない独立の情報である傾斜温度と代表温度に変換し、これら傾斜温度と代表温度から被処理物の対応する傾斜温度と代表温度とを推定し、推定した傾斜温度と代表温度に基づいて制御を行なうとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の温度を所望の温度になるように制御できる。
【００３４】
本発明の他の実施態様においては、前記温度推定手段は、前記変換手段で変換された前記傾斜温度および代表温度の一部に基づいて、前記被処理物の対応する傾斜温度および代表温度の少なくとも一部を推定するものであり、前記温度推定手段で推定されなかった傾斜温度または代表温度については、変換手段からの傾斜温度または平均温度が、前記温度制御手段に与えられるものである。
【００３５】
本発明によれば、制御対象の特性などに応じて、いずれの温度を推定するかを選択できることになる。
【００３６】
また、本発明の温度調節器は、処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度に基づいて、前記被処理物の温度を推定して複数の推定温度を出力する温度推定手段と、前記温度推定手段で推定された複数の推定温度と複数の目標温度との偏差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度の偏差または前記代表温度の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備えている。
【００３７】
本発明によると、処理手段の温度を検出する複数の温度検出手段の検出温度から被処理物の温度を推定して複数の推定温度を得て、その複数の推定温度と目標温度を、傾斜温度の偏差および代表温度の偏差、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行なうとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉のある処理手段の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、被処理物の温度を所望の温度になるように制御できる。
【００３８】
本発明の一実施態様においては、外乱の影響度を推定して前記温度検出手段の前記検出温度または温度推定手段の推定温度を補正する外乱推定手段を備えている。
【００３９】
本発明によると、例えば、処理手段に被処理物を投入するといった外乱の影響を補正するので、精度の高い制御が行なえる。
【００４０】
本発明の熱処理装置は、本発明の温度調節器と、処理手段としての熱処理炉または熱処理盤と、前記熱処理炉または熱処理盤を加熱（または冷却）する複数の操作手段としての加熱（または冷却）手段と、前記熱処理炉または熱処理盤の温度を検出する複数の温度検出手段とを備えている。
【００４１】
本発明によると、本発明の温度調節器によって熱処理炉あるいは熱処理盤の温度制御を行うので、干渉を低減した温度制御が可能となるとともに、熱処理炉あるいては熱処理盤で処理される被処理物の温度を所望の温度に制御できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４３】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器を用いた温度制御システムの概略構成図である。
【００４４】
この実施の形態の温度制御システムは、図示しない被処理物を熱処理する処理手段３を加熱する操作手段としての複数のヒータ１1〜１ｎと、複数のヒータ１1〜１ｎに個別的に対応して処理手段３の温度を検出する複数の温度センサ２1〜２ｎと、これら温度センサ２1〜２ｎの検出出力に基づいて、各ヒータ１1〜１ｎを図示しない電磁開閉器などを介して操作して処理手段３の温度を制御することにより、後述のように被処理物の温度を所望の温度に制御する本発明に係る温度調節器４とを備えている。
【００４５】
処理手段３は、熱的に連続して干渉を生じるものであり、各ヒータ１1〜１ｎと対応する各温度センサ２1〜２ｎとがそれぞれ近接して配置されて複数のゾーンがそれぞれ形成されている。
【００４６】
この温度制御システムは、例えば、上述の図２３に示される熱酸化装置１８に適用できるものであり、処理手段３を、熱処理炉としての反応管１９とし、第１〜第３のヒータ１1〜１3を、反応管１９の周囲に分割して配置された第１〜第３のヒータ２１1〜２１3とし、第１〜第３の温度センサ２1〜２3を、各ゾーンの温度を検出する第１〜第３の温度センサ２２1〜２２3として適用することができるものである。
【００４７】
図２は、図１の温度調節器４のブロック図であり、この実施の形態の温度調節器４は、処理手段３の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度に基づいて、処理手段３で処理される被処理物の複数の処理点の温度を、後述のように推定する処理点温度推定手段１００と、推定された複数の推定温度の平均温度および推定温度に基づく傾斜温度を、後述のようにして算出する平均温度・傾斜温度算出手段（以下「モード変換器」ともいう）５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段としてのＰＩＤ制御手段６1〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を後述のように所定の配分比で加熱手段を構成する各ヒータ１1〜１ｎに配分する配分手段（以下「前置補償器」ともいう）７とを備えている。
【００４８】
この実施の形態では、処理点温度推定手段１００は、各温度センサ２1〜２ｎによる処理手段３の各検出点に個別的に対応する被処理物の各処理点の温度を、後述のようにして推定するのである。
【００４９】
この処理点温度推定手段１００、平均温度・傾斜温度算出手段５、ＰＩＤ制御手段６1 〜６ｎおよび配分手段７は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００５０】
この図２の詳細な説明に先立って、上述の特願平１１−２１５０６１号（特開２０００−１８７５１４）にも記載されている図３に示される基本的な構成によって、干渉のある制御対象である処理手段３に対して干渉を低減した制御が可能になることについて説明する。
【００５１】
この図３は、図２において、処理点温度推定手段１００を省略した構成であり、複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度の平均温度および検出温度に基づく傾斜温度を算出する平均温度・傾斜温度算出手段５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段としてのＰＩＤ制御手段６1〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を後述のように所定の配分比で加熱手段を構成する各ヒータ１1〜１ｎに配分する配分手段７とを備えている。
【００５２】
従来では、上述の図２３に示されるように、各ゾーン毎に温度を検出して対応するヒータを個別に制御していたけれども、この図３では、干渉をなくすために、平均温度・傾斜温度算出手段５で算出される代表温度としての平均温度および複数の各傾斜温度を制御量として温度制御を行うようにしている。
【００５３】
変換手段としての平均温度・傾斜温度算出手段５は、複数の温度センサ２1〜２ｎからの情報を、一つの平均温度と複数の傾斜温度との情報に変換するものであり、その理由は、干渉がなく、独立で分かりやすい情報にするためであり、例えば、次のような演算を行うものである。
【００５４】
すなわち、第１の温度センサ２1の検出出力をＳ１，第２の温度センサ２2の検出出力をＳ２，…第ｎの温度センサ２ｎの検出出力をＳｎとすると、下記に示される平均温度Ｔａｖ，第１の傾斜温度Ｔｔ１，第２の傾斜温度Ｔｔ２，…第ｎ−１の傾斜温度Ｔｔn-1を算出する。
【００５５】
Ｔａｖ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓｎ）÷ｎ
Ｔｔ１＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓn-1）÷（ｎ−１）−Ｓｎ
Ｔｔ２＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓn-2）÷（ｎ−２）−Ｓn-1
・
・
Ｔｔn-1＝Ｓ１−Ｓ２
ここで、Ｔａｖは、複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度の平均温度であり、傾斜温度Ｔｔ１は、複数の温度センサ２1〜２ｎを、温度センサ２1〜２n-1と温度センサ２ｎとの二つに区分した場合の温度センサ２1〜２n-1の平均検出温度と温度センサ２ｎの検出温度との差であり、傾斜温度Ｔｔ２は、複数の温度センサ２1〜２n-1を、温度センサ２1〜２n-2と温度センサ２n-1との二つに区分した場合の温度センサ２1〜２n-2の平均検出温度と温度センサ２n-1の検出温度との差であり、以下同様にして、傾斜温度Ｔｔn-1は、温度センサ２1と温度センサ２2との検出温度の差である。
【００５６】
以上の式をまとめて、モード変換行列Ｇｍと称する行列を用いて下記のように表すことができる。
【００５７】
【数１】
ただし、Ｔ＝［Ｔａｖ Ｔｔ１ Ｔｔ２ ……Ｔｔn-1］T
Ｓ＝［Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３ ……Ｓn］T
この実施の形態では、これら平均温度Ｔａｖと複数の傾斜温度Ｔｔ１〜Ｔｔn-1とを制御量として温度制御を行うものである。
【００５８】
なお、傾斜温度は、この実施の形態に限られるものではなく、例えば、下記のモード変換行列Ｇｍに示されるように隣り合う温度センサの検出温度の温度差や複数の温度センサを二つのグループに区分して各グループの平均検出温度の温度差などの種々の傾斜温度を用いることができる。
【００５９】
【数２】
【００６０】
要するに、温度の傾斜を意味する情報と平均の情報とに分離して制御できるようにすればよい。
【００６１】
第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度と目標平均温度の制御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、第２のＰＩＤ制御手段６2は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第１の傾斜温度と第１の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第１の傾斜温度が第１の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、第３のＰＩＤ制御手段６3は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第２の傾斜温度と第２の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第２の傾斜温度が第２の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、以下同様にして、第ｎのＰＩＤ制御手段６ｎは、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第ｎ−１の傾斜温度と第ｎ−１の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第ｎ−１の傾斜温度が第ｎ−１の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力する。
【００６２】
すなわち、第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度を制御し、第２〜第ｎの各ＰＩＤ制御手段６2〜６ｎは、第１〜第ｎ−１の傾斜温度をそれぞれ制御するものである。
【００６３】
次に配分手段７について説明する。
【００６４】
この配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を、各ヒータ１1〜１nに配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または各傾斜温度の制御が、他のＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または傾斜温度の制御に与える干渉をなくすように配分するものである。
【００６５】
例えば、第１のＰＩＤ制御手段６1の操作信号によって平均温度を変化させる場合に、その操作信号によって傾斜温度が変化せず、また、第２のＰＩＤ制御手段６2の操作信号によって第１の傾斜温度を変化させる場合に、その操作信号によって平均温度および他の傾斜温度が変化せず、同様に、各ＰＩＤ制御手段の操作信号によって他のＰＩＤ制御手段による制御が影響されないように配分するのである。
【００６６】
この配分手段７による配分について、さらに詳細に説明する。
【００６７】
ここで、分かり易くするために、ｎ＝２、すなわち、ゾーンが２つであって、第１，第２のヒータ１1，１2、第１、第２の温度センサ２1，２2、平均温度を制御する第１のＰＩＤ制御手段６1および両温度センサ２1，２2の検出温度の差である傾斜温度を制御する第２のＰＩＤ制御手段６2を備える場合に適用して図４に基づいて説明する。
【００６８】
この図４は、上述の熱処理炉としての反応管１９や熱処理盤としてのウェハ置台６１といった干渉のある制御対象である処理手段３に適用した例であり、図３に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００６９】
平均温度・傾斜温度検出手段５は、第１，第２の温度センサ２1，２2の検出出力に相当する制御対象（処理手段）３からのフィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２を、図５に示されるように加算器８で加算して減衰器９で１／２に減衰して平均温度Ｔａｖを出力する一方、両温度センサ２1，２2の検出出力に相当するフィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２を減算器１０で減算して傾斜温度Ｔｔを出力するものである。なお、２６1，２６2は、減算器である。
【００７０】
第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度Ｔａｖと目標平均温度の制御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度になるように操作信号（操作量）Ｈａｖを配分手段７に出力し、第２のＰＩＤ制御手段６2は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの傾斜温度Ｔｔと目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、傾斜温度が目標傾斜温度になるように操作信号（操作量）Ｈｔを配分手段７に出力する。
【００７１】
配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1，６2の操作信号（操作量）Ｈａｖ，Ｈｔを以下のような配分比で各ヒータ１1，１2に配分する。
【００７２】
すなわち、図６は、図４のシステムの制御系のブロック線図である。平均温度を制御する第１のＰＩＤ制御手段６1から与えられる操作量Ｈａｖを、配分手段７で干渉をなくす、すなわち、非干渉化するための係数である非干渉化係数（配分比）ｋ1，ｋ2で第１，第２のヒータ１1，１2にそれぞれ配分するとともに、第２のＰＩＤ制御手段６2から与えられる操作量Ｈｔを、非干渉化係数（配分比）ｋ3，ｋ4で第１，第２のヒータ１1，１2にそれぞれ配分し、これによって、各ヒータ１1，１2に熱量Ｈ1，Ｈ2がそれぞれ与えられるとする。
【００７３】
また、第１のヒータ１1に与えられた熱量Ｈ1は、伝達係数（干渉係数）ｌ1で第１の温度センサ２1に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ2で第２の温度センサ２2に伝わり、同様に、第２のヒータ１2に与えられた熱量Ｈ2は、伝達係数（干渉係数）ｌ3で第１の温度センサ２1に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ4で第２の温度センサ２2に伝わるとする。
【００７４】
そして、第１の温度センサ２1で検出された検出温度Ｔ1と第２の温度センサ２2で検出された検出温度Ｔ2とから平均温度Ｔａｖおよび傾斜温度Ｔｔが算出されて各ＰＩＤ制御手段６1，６2に入力されるという制御ループが構成されている。
【００７５】
以上のことから平均温度Ｔａｖは、次のように示される。
【００７６】
【００７７】
すなわち、（ｌ1＋ｌ2）・ｋ3＋（ｌ3＋ｌ4）・ｋ4＝０
したがって、ｋ4＝−｛（ｌ1＋ｌ2）／（ｌ3＋ｌ4）｝ｋ3
となる。
【００７８】
同様に、傾斜温度Ｔｔは、次のように示される。
【００７９】
【００８０】
すなわち、（ｌ1−ｌ2）ｋ1＋（ｌ3−ｌ4）ｋ2＝０
したがって、ｋ2＝−｛（ｌ1−ｌ2）／（ｌ3−ｌ4）｝ｋ1
となる。
【００８１】
以上のことから傾斜温度に影響を与えずに平均温度を制御し、また、平均温度に影響を与えずに傾斜温度を制御する、すなわち、平均温度と傾斜温度との干渉をなくした非干渉制御を行うためには、非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4で配分すればよく、この非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4を算出するためには、第１のヒータ１1の熱量が第１，第２の温度センサ２1，２2に伝わる伝達係数（干渉係数）ｌ1，ｌ2および第２のヒータ１2の熱量が第１，第２の温度センサ２1，２2に伝わる伝達係数（干渉係数）ｌ3，ｌ4を知る必要がある。
【００８２】
なお、非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4は、ｋ1とｋ2、ｋ3とｋ4との比率がそれぞれ分かれば、ＰＩＤ制御のゲインによって対応できるので、絶対値は必ずしも必要でない。
【００８３】
伝達係数（干渉係数）ｌ1〜ｌ4は、次のようにして求めることができる。すなわち、ヒータを一つだけ変動させて他のヒータは、一定値に固定、例えば、オンのままあるいはオフのままとし、ヒータの変化量に対する各温度センサの変化量の比率を伝達係数とするのである。
【００８４】
例えば、第２のヒータ２2をオフのままの状態で、第１のヒータ１1を、ある温度振幅で変動させたときに、第１，第２の温度センサ２1，２2の検出温度にどの程度の温度振幅の変動が生じるかによって伝達係数ｌ1，ｌ2を計測することができ、例えば、ヒータを温度振幅１で変動させたきに、温度センサの温度振幅が１０であれば、伝達係数は、１０（＝１０／１）となる。
【００８５】
ここで、図４の配分手段７における非干渉化係数（配分比）を用いた配分についてさらに具体的に説明する。
【００８６】
ここで、制御対象である処理手段３の特性を、例えば、図７に示されるように、２入力（ＭＶ１，ＭＶ２）２出力（ＰＶ１，ＰＶ２）の干渉のある制御対象とする。
【００８７】
この制御対象である処理手段３は、第１の操作量ＭＶ１が、第１の加算器２８に与えられるとともに、第１の減衰器２９で０.９に減衰されて第２の加算器３０に与えられる一方、第２の操作量ＭＶ２が、第２の加算器３０に与えられるとともに、第２の減衰器３１で０.９に減衰されて第１の加算器２８に与えられ、各加算器２８，３０の加算出力が、第１，第２の遅れ要素３２，３３にそれぞれ与えられる構成とされており、この例では、各操作量ＭＶ１，ＭＶ２が０.９の割合で他方に加えられて互いに干渉を生じるものである。
【００８８】
この特性から伝達係数は、ｌ1＝１，ｌ2＝０.９，ｌ3＝０.９，ｌ4＝１である。
【００８９】
したがって、上述の非干渉化係数の式に代入すると、
【００９０】
そこで、仮に各ヒータに配分される熱量の合計が、Ｈａｖと等しくなるように、すなわち、ｋ1＋ｋ2＝１となるように設計し、分かり易さのために、ｋ3＝１という条件を加える。
【００９１】
これによって、
ｋ2＝ｋ1＝１／２
また、ｋ4＝−ｋ3＝−１
となり、配分比（非干渉化係数）が決定される。
【００９２】
つまり、図８に示されるように、平均温度の操作量Ｈａｖは、１／２ずつ各ヒータ１1，１2に配分し、傾斜温度の操作量Ｈｔは、第１のヒータ１1には、そのまま、第２のヒータ１2には、符号を変えて配分すればよい。
【００９３】
ここで、配分比（非干渉化係数）は、次のようにして求めることもできる。
【００９４】
すなわち、上述のモード変換行列Ｇｍと上述の伝達係数（干渉係数）の行列Ｐとから配分比（非干渉化係数）の行列（以下「前置補償行列」ともいう）Ｇｃは、以下のように逆行列として求めることもできる。
【００９５】
Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｐ）-1
この実施の形態に適用すると、制御対象のある時間の特性である伝達係数（干渉係数）の行列Ｐを、
【００９６】
【数３】
【００９７】
【数４】
【００９８】
【数５】
【００９９】
図４のシステムでは、配分手段７は、図８に示されるように、平均温度の操作信号（操作量）Ｈａｖは、各減衰器１１，１２でそれぞれ１／２に減衰して加算器１３および減算器１４にそれぞれ配分され、傾斜温度の操作信号（操作量）Ｈｔは、加算器１３および減算器１４にそれぞれ配分され、加算器１３の出力Ｈ1が第１のヒータ１1に、減算器１４の出力Ｈ2が第２のヒータ１2に与えられる。
【０１００】
この配分手段７によれば、平均温度の操作量Ｈａｖによって平均温度を変化させる場合には、各ヒータ１1，１2に操作量が等しく配分されるので、傾斜温度に影響を与えることなく、すなわち、干渉することなく、平均温度のみを変化させることができる。また、傾斜温度の操作量Ｈｔによって傾斜温度を変化させる場合には、一方のヒータ１1には、その操作量が１倍で与えられる一方、他方のヒータ１2には、−１倍で与えられるので、両ヒータに与える総熱量を変化させることなく、すなわち、平均温度に影響を与えることなく、傾斜温度のみを変化させることができる。
【０１０１】
以上の非干渉制御については、上述の特開２０００−１８７５１４において詳述されている。
【０１０２】
図３の基本構成によって、上述のように干渉の低減された制御が可能となり、制御対象としての処理手段３の温度を所望の温度に制御できることになる。
【０１０３】
上述の図２の本発明の実施の形態では、処理手段３および該処理手段３によって処理される被処理物を制御対象とする、すなわち、処理手段３に対して操作を加えて制御する一方、被処理物を所望の温度状態になるように制御するものである。
【０１０４】
このため、図２の実施の形態では、図３の基本構成に、処理手段３の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度に基づいて、処理手段３で処理される被処理物の前記複数の処理点の温度を、後述のように推定する処理点温度推定手段１００を設けたものである。
【０１０５】
図９は、図２の温度調節器４を用いた温度制御システムの構成図であり、図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１０６】
同図において、１０１は、処理手段３によって処理される被処理物であり、処理点温度推定器１００は、処理手段３の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度に基づいて、処理手段３で処理される被処理物の前記複数の処理点の温度を、後述のように推定するものであり、各処理点は、温度センサ２1〜２ｎによってそれぞれ検出される各検出点に個別的に対応している。
【０１０７】
処理手段３を、例えば、熱処理盤とし、被処理物を、前記熱処理盤上に載置処理されるウェハとすると、処理点温度推定器１００は、熱処理盤の複数の検出点の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサからの検出温度に基づいて、前記検出点に対応するウェハの各処理点の温度をそれぞれ推定するものである。熱処理盤の検出点とウェハの処理点との関係は、例えば、熱処理盤の検出点の真上に位置するウェハの点を処理点としてもよいし、多少ずれた位置を処理点としてもよい。要は、熱処理盤の検出点の検出温度からウェハの温度を推定できる点を処理点とすればよい。
【０１０８】
この処理点温度推定器１００によって推定された複数の推定温度に基づいて、モード変換器５で推定平均温度および推定傾斜温度を算出し、推定平均温度と目標平均温度との偏差または推定傾斜温度と目標傾斜温度との偏差を制御偏差として、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎで操作信号を出力し、その操作信号を、前置補償器７で上述のように配分して操作手段としてのヒータに与えるのである。
【０１０９】
すなわち、各温度センサの検出温度に代えて、各検出温度に個別的に対応する処理点の推定温度に基づいて、上述の非干渉制御を行なうものである。
【０１１０】
温度センサの検出温度に基づいて、非干渉制御を行なう図３によれば、干渉を低減して処理手段３の温度を所望の温度に制御できたのに対して、検出温度に代えて、処理点の推定温度に基づいて非干渉制御を行なうこの実施の形態では、被処理物１０１の処理点の温度を所望の温度に制御できることになる。
【０１１１】
次に、処理点温度推定器１００について、さらに詳細に説明する。
【０１１２】
図１０は、処理点温度推定器１００の構成の一例を示す図であり、この実施の形態では、制御のシュミレーションソフト（ＭＡＴＬＡＢ）によるシステム同定に記載されているＡＲＸモデル１０２を用いて、処理手段３の温度を検出する温度センサからの検出温度に基づいて、被処理物１０１の処理点温度を推定するものである。
【０１１３】
以下、このＡＲＸモデル１０２も用いた同定について説明するが、かかる説明では、「ＭＡＴＬＡＢによる制御のためのシステム同定」足立修一著 東京電機大学出版局に使用されている記号を、基本的に使用している。
【０１１４】
図１１は、ＡＲＸモデル１０２の構造を示しており、同図において、ｕ（ｋ）は、入力、ｙ（ｋ）は出力、ｗ（ｋ）は白色雑音、ｋ＝１，２，３…Ｎである。
【０１１５】
ここで、Ａ（ｑ）＝１＋ａ1ｑ-1＋ａ2ｑ-2＋…＋ａnｑ-n
Ｂ（ｑ）＝ｂ1ｑ-1＋ｂ2ｑ-2＋…＋ｂnｑ-n
である。。
【０１１６】
同定手法によって、求めるのは、パラメータ・ベクトルθである。
【０１１７】
そのθは以下の式で求める。
【０１１８】
すなわち、一次のモデルでは、以下の式となる。
【０１１９】
【数６】
【０１２０】
【数７】
【０１２１】
【数８】
【０１２２】
このようにしてパラメータ・ベクトルを決定することにより、以後は、温度センサの検出出力から対応する被処理物の処理点温度を推定できることになる。
【０１２３】
なお、本発明は、ＡＲＸモデルに限らず、例えば、図１２に示される一次遅れ系（時定数Ｔｓ）としてモデル化してもよいし、あるいは、図１３に示されるように、さらに無駄時間Ｌｓを加えたモデルで近似してもよい。
【０１２４】
図１４は、２点制御の例を示す温度制御システムの構成図であり、図９に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１２５】
なお、以下の説明においては、処理手段３として、熱処理盤、被処理物として、前記熱処理盤に順次載置されて熱処理されるウェハとして説明する。
【０１２６】
この実施の形態では、処理手段３である熱処理盤の温度を、二つの温度センサで検出し、その検出温度から処理点温度推定器１００では、各検出点に対応する被処理物であるウェハの処理点温度を推定し、この推定された二つの推定温度を、モード変換器５で推定平均温度および推定傾斜温度に変換し、この推定平均温度および推定傾斜温度を制御量として上述の非干渉制御を行なうものである。
【０１２７】
処理点温度推定器１００は、例えば、ＡＲＸモデルを用いて処理点温度を推定するものであり、このＡＲＸモデルのパラメータを決定するために、予めウェハ自体の処理点温度を計測できるセンサが装備された評価用のウェハを用いて、熱処理盤の温度を検出する温度センサの検出温度と、評価用のウェハで実際に計測された処理点温度とから上述のようにしてパラメータを予め決定し、このパラメータが処理点温度推定器１００に設定されているものである。
【０１２８】
なお、評価用ウェハは、該ウェハ自体の温度を計測できるように構成されている以外は、熱処理盤で処理される通常のウェハと同じである。
【０１２９】
この実施の形態では、干渉のない制御が行なえるとともに、被処理物であるウェハの温度を所望の温度、例えば、均一な温度に制御できることになる。
【０１３０】
図１５は、本発明の他の実施の形態の温度制御システムの構成図であり、図１４に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１３１】
この実施の形態では、上述のモード変換器５を、傾斜温度演算器５1と、平均温度演算器５2とし、傾斜温度演算器５1には、処理点温度推定器１００からの推定温度を入力する一方、平均温度演算器５2には、推定温度ではなく、熱盤の温度を検出する温度センサからの検出温度を入力するようにしている。
【０１３２】
かかる構成によって、ウェハの処理点の推定温度を用いる場合に比べて、平均温度のフィードバックの遅れ時間が改善できることになり、平均温度がよりハンチングし難い安定な状態になる。
【０１３３】
図１６は、本発明の他の実施の形態の図９に対応する制御システムの構成図である。
【０１３４】
この実施の形態の温度調節器では、処理点温度推定器１００のＡＲＸモデルのパラメータを同定する同定手段１０３を設けたものであり、この同定手段１０３は、例えば、工場出荷前の最終調整時に、処理点温度を計測できる評価用のウェハからの各処理点の実際の計測温度が与えられる処理点温度計測手段１０４と、この処理点温度計測手段１０４から処理点温度と、処理手段３としての熱処理盤の温度を検出する温度センサからの検出温度とが与えられ、それらに基づいて、上述のようにしてＡＲＸモデルのパラメータを計算する同定計算器１０５とを備えている。
【０１３５】
なお、同定計算を行いたいタイミングは、例えば、高温になっている熱処理盤に、被処理物である評価用のウェハを載置接触させたときを、処理点温度推定器パラメータ導出指令として同定手段１０３に与えて自動的に同定計算を行なわせるものである。
【０１３６】
なお、ＡＲＸモデルのパラメータの求め方は、最小二乗法など同定誤差を最小する方法など、上述の「ＭＡＴＬＡＢによる制御のためのシステム同定」に記載されている方法などを用いればよい。
【０１３７】
この例では、処理点温度推定器１００のパラメータの設定は、工場出荷時の１回きりの計測を想定したけれども、頻繁にパラメータを設定するようにして制御対象の特性の変化をモデルに反映させるようにしてもよいのは勿論である。
【０１３８】
図１７は、本発明の他の実施の形態の図９に対応する構成図であり、対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１３９】
この実施の形態は、外乱モデルを追加したものであり、例えば、被処理物としてのウェハを、高温の熱処理盤に載置接触させた場合に、接触の度合いや熱処理盤の中央部と周辺部とでの熱の伝わり方の違いにより、温度制御する被処理物の各処理点の温度低下が同程度になるとは限らない。このように熱処理される被処理物の僅かな温度低下のバラツキも気になるような高精度の温度均一制御に有効である。
【０１４０】
すなわち、この実施の形態では、外乱影響度推定器１０６を設けており、被処理物であるウェハが、熱処理盤に載置されたことを示す熱処理開始信号に応答して外乱の影響度に対応する出力を与え、熱処理盤の温度を検出する温度センサからの検出温度に加えることで、外乱の影響を補正するのである。
【０１４１】
この外乱影響度推定器１０６は、例えば、上述のＡＲＸモデルを用いて推定することができる。
【０１４２】
このＡＲＸモデルのパラメータを決定するために、予めウェハ自体の処理点温度を計測できるセンサが装備された評価用のウェハを用いて、ウェハが熱処理盤に載置された熱処理開始信号と、評価用のウェハで実際に計測された処理点温度とからＡＲＸモデルのパラメータを決定し、このパラメータが外乱影響度推定器１０６に設定されているものである。
【０１４３】
図１８は、本発明の他の実施の形態の図１７に対応する構成図であり、図１７に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１４４】
この実施の形態では、外乱影響度推定器１０６のＡＲＸモデルのパラメータを同定する同定手段１０７を設けたものであり、この同定手段１０７は、例えば、工場出荷前の最終調整時に、処理点温度を計測できる評価用のウェハからの各処理点の実際の計測温度が与えられる処理点温度計測手段１０８と、この処理点温度計測手段１０８から処理点温度と、処理手段３としての熱盤に被処理物であるウェハが載置された熱処理開始信号とが与えられ、それらに基づいて、上述のようにしてＡＲＸモデルのパラメータを計算する同定計算器１０９とを備えている。また、同定計算を行いたいタイミングには、外乱影響度推定器パラメータ導出指令が、同定計算器１０９に与えられるようになっている。
【０１４５】
なお、本発明の他の実施の形態として、図１９に示されるように、同定時のノイズとなるフィードバック側を、同定時に切り離して操作信号を与えないようにし、外乱だけを与えて同定するようにしてもよい。
【０１４６】
また、本発明の他の実施の形態として、図２０に示されるように、外乱影響度推定器１０６と処理点温度推定器１００とを足し合わせるように配置してもよい。
上述の図１７の構成では、同定で求めた外乱側のモデルは、外乱影響度推定器１０６と処理点温度推定器１００との直列として求まる。そのため、外乱影響度推定器１０６だけにするためには、処理点温度推定器１００分を外す計算を必要があるが、この実施の形態では、その必要がなく、同定が簡単になる。
【０１４７】
上述の各実施の形態では、処理点温度推定器１００によって、各処理点の温度を推定し、それら推定温度から平均温度や傾斜温度を算出したけれども、本発明の他の実施の形態として、温度センサからの検出温度に基づいて、平均温度や傾斜温度を算出し、この算出した平均温度や傾斜温度から処理点の平均温度や傾斜温度を推定するようにしてもよい。
【０１４８】
例えば、図２１に示されるように、モード変換器５で温度センサからの検出温度を、平均温度および傾斜温度に変換し、変換された傾斜温度から処理点傾斜温度推定器１１０で処理点傾斜温度を推定するのである。この処理傾斜温度推定器１１０も、上述のＡＲＸモデルなどで近似できるものである。なお、変換された平均温度から処理点の平均温度を推定するようにしてもよいのは勿論である。
【０１４９】
また、上述の各実施の形態では、平均温度や傾斜温度を算出し、目標平均温度や傾斜目標温度との偏差を求めたけれども、本発明の他の実施の形態として、各温度センサの検出温度に個別的に対応する推定温度と、目標推定温度との偏差を求め、この偏差から平均温度の偏差や傾斜温度の偏差を求めてもよい。
【０１５０】
例えば、図２２に示されるように、モード変換器５’は、複数の温度センサからの検出温度に個別的に対応する推定温度と目標温度との温度偏差、すなわち、各ｃｈ毎の温度偏差を、平均温度と目標平均温度との偏差である平均温度偏差に変換するとともに、傾斜温度と目標傾斜温度との偏差である傾斜温度偏差に変換するものである。
【０１５１】
つまり、上述の各実施の形態では、検出温度に個別的に対応する推定温度を、平均温度および傾斜温度に変換した後に制御偏差を求めるのに対して、この実施の形態では、推定温度と目標温度との温度偏差を求め、その温度偏差を、制御偏差である平均温度偏差および傾斜温度偏差に変換するものである。
【０１５２】
上述の各実施の形態では、傾斜温度および代表温度としての平均温度を用いた非干渉制御に適用したけれども、本発明は、非干渉制御に限るものではなく、傾斜温度などを用いない、例えば、図２３に示されるような従来の温度制御に適用してもよく、要は、処理手段の検出温度から該処理手段で処理される被処理物の処理点温度を推定し、被処理物の温度が所望の温度になるように制御すればよい。
【０１５３】
本発明の他の実施の形態として、平均温度に代えて、例えば、中央のゾーンの温度やウェーハ置台の中央位置の温度を代表温度とし、代表温度と傾斜温度とを制御量として制御を行ってもよい。
【０１５４】
上述の実施の形態では、平均温度は、全体の平均温度一つだけを用いたけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、複数に区分した各グループの各平均温度、すなわち、複数の平均温度を用いるようにしてもよい。
【０１５５】
上述の実施の形態では、ＰＩＤ制御に適用して説明したけれども、本発明は、ＰＩＤ制御に限らず、オンオフ制御、比例制御、積分制御などの他の制御方式にも適用できるものである。
【０１５６】
また、本発明の熱処理装置は、熱酸化装置に限らず、拡散炉やＣＶＤ装置、射出成形機のシリンダ部の温度制御あるいは包装機のヒータ台の温度制御などにも適用できるものである。特に、成形機のシリンダ内の被処理物である樹脂の温度制御に好適である。
【０１５７】
上述の実施の形態では、ヒータなどの加熱手段を用いた温度制御に適用した説明したけれとも、ペルチェ素子や冷却器などを用いた温度制御に適用してもよいのは勿論であり、さらに、加熱手段と冷却手段とを併用する温度制御に適用してもよい。
【０１５８】
また、本発明は、温度制御に限らず、例えば、圧力をかけて被処理物を処理する圧力制御や流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御に適用することもできる。
【０１５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、干渉のある制御対象の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、処理手段で処理される被処理物の温度などの物理状態を所望の状態に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図２】図１の温度調節器のブロック図である。
【図３】非干渉制御の基本構成を示すブロック図である。
【図４】温度センサ、ヒータおよびＰＩＤ制御手段が２つの場合の構成図である。
【図５】図３の平均温度・傾斜温度算出手段５のブロック図である。
【図６】図３の制御系のブロック線図である。
【図７】制御対象としての処理手段３の特性を示す図である。
【図８】図３の配分手段のブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るブロック図である。
【図１０】図９の処理点温度推定器の構成を示す図である。
【図１１】図１０のＡＲＸモデルの構成を示す図である。
【図１２】図９の処理点温度推定器の他の構成を示す図である。
【図１３】図９の処理点温度推定器のさらに他の構成を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図２０】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図２２】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図２３】熱酸化装置の構成を示す図である。
【図２４】ウェーハ置台を示す図である。
【符号の説明】
１1〜１ｎ ヒータ
２1〜２ｎ 温度センサ
３ 処理手段
４ 温度調節器
５ 平均温度・傾斜温度算出手段
６1〜６ｎ ＰＩＤ制御手段
７ 配分手段
１８ 熱酸化装置
１００ 処理点温度推定器
１０１ 被処理物
Claims (8)
- 処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する制御装置であって、
前記処理手段の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの検出情報に基づいて、前記被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を出力する推定手段と、
前記推定手段で推定された複数の推定情報を、前記物理状態の勾配を示す情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す情報に変換する変換手段と、
前記変換手段からの勾配を示す情報または代表状態を示す情報に基づいて、操作信号をそれぞれ出力する複数の状態制御手段と、
前記各状態制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。 - 処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する制御装置であって、
前記処理手段の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの検出情報に基づいて、前記被処理物の物理状態を推定して複数の推定情報を出力する推定手段と、
前記推定手段で推定された複数の推定情報と複数の目標情報との偏差を、前記物理状態の勾配を示す情報の偏差に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す情報の偏差に変換する変換手段と、
前記変換手段からの前記勾配を示す情報の偏差または前記代表状態を示す情報の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の状態制御手段と、
前記各状態制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。 - 処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、
前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度に基づいて、前記被処理物の温度を推定して複数の推定温度を出力する温度推定手段と、
前記温度推定手段で推定された複数の推定温度を、複数の推定温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、
前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、
前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段と、
を備えることを特徴とする温度調節器。 - 処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、
前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、
前記傾斜温度および代表温度に基づいて、前記被処理物の対応する傾斜温度および代表温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段で推定された前記傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、
前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段と、
を備えることを特徴とする温度調節器。 - 前記温度推定手段は、前記変換手段で変換された前記傾斜温度および代表温度の一部に基づいて、前記被処理物の対応する傾斜温度および代表温度の少なくとも一部を推定するものであり、
前記温度推定手段で推定されなかった傾斜温度または代表温度については、変換手段からの傾斜温度または平均温度が、前記温度制御手段に与えられる請求項４記載の温度調節器。 - 処理手段および該処理手段によって処理される被処理物を制御対象として制御する温度調節器であって、
前記処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの検出温度に基づいて、前記被処理物の温度を推定して複数の推定温度を出力する温度推定手段と、
前記温度推定手段で推定された複数の推定温度と複数の目標温度との偏差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換する変換手段と、
前記変換手段からの傾斜温度の偏差または前記代表温度の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、
前記各温度制御手段からの操作信号を、前記処理手段にそれぞれ操作を加える複数の操作手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段と、
を備えることを特徴とする温度調節器。 - 外乱の影響度を推定して前記温度検出手段の前記検出温度または温度推定手段の推定温度を補正する外乱推定手段を備える請求項３ないし６のいずれかに記載の温度調節器。
- 請求項３ないし７のいずれかに記載の温度調節器と、処理手段としての熱処理炉または熱処理盤と、前記熱処理炉または熱処理盤を加熱（または冷却）する複数の操作手段としての加熱（または冷却）手段と、前記熱処理炉または熱処理盤の温度を検出する複数の温度検出手段とを備えることを特徴とする熱処理装置。
Priority Applications (5)
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