JP2002023805A

JP2002023805A - 制御システム

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Publication number: JP2002023805A
Application number: JP2000211559A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Hirayama; 博文平山
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-25
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: JP3776297B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の制御システムは、複数の制御ループを
独立して動作させつつ、所定の温度に到達するタイミン
グを同一にするようにランプ波形の出力を制御するもの
であり、目標定常温度到達後のオーバシュートやアンダ
ーシュートを抑制することはできなかった。【解決手段】１つの制御ループ（４，９，１０，６，
７，２）を目標定常温度で制御しつつ、他の制御ループ
（４，１４，１５，６，７，２）は当該制御ループの検
出温度で制御するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば半導体プロ
セスなどにおいてウェハの温度を制御するときなどにお
いて利用されるＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａ
ｌ，ＩｎｔｅｇｒａｌａｎｄＤｅｒｉｖａｔｉｖｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ）やＩＭＣ（ＩｎｔｅｒｎａｌＭｏ
ｄｅｌＣｏｎｔｒｏｌ）制御などの制御システムに係
り、例えば、複数のヒータを用いて当該ウェハの温度を
その全体に渡って均一に制御する際などにおいて好適に
利用することができる制御システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の基本的なＰＩＤ制御システ
ムの構成を示すシステム構成図である。図において、２
１は図示外の恒温室内に設置されたウェハ、２２はウェ
ハ２１の近傍の温度を検出するサーモカップル、２３は
このサーモカップル２２の検出温度と共に目標定常温度
が入力され、検出温度が目標定常温度に収束するように
操作量を出力するＰＩＤ演算回路、２４はこの操作量に
基づいて制御を行う操作手段、２５はウェハ２１の近傍
に設置されるヒータ、２６は電源、２７はヒータ２５お
よび電源２６を操作手段２４に接続する制御ループであ
る。

【０００３】次に動作について説明する。ＰＩＤ演算回
路２３は、目標定常温度が設定されると、サーモカップ
ル２２の検出温度のこの目標定常温度に対する温度差に
基づいてＰＩＤ制御に基づく操作量を出力し、操作手段
２４はこの操作量に基づいてヒータ２５への通電時間を
制御する。

【０００４】従って、このような従来の基本的なＰＩＤ
制御システムでは、サーモカップル２２の配設位置およ
びその近傍の温度が目標定常温度に安定するように制御
することができる。

【０００５】しかしながら、制御対象となる上記ウェハ
２１の面積が大きくなったりすると、当該ウェハ２１の
温度をその全体に渡って均一に制御することができない
などの問題があった。

【０００６】そこで、特開平７−９６１６８号公報に
は、温度制御に係る空間をゾーン毎に分割して捉え、そ
のゾーン毎に別々にＰＩＤ制御を行う技術が開示されて
いる。また、当該公報では、このように１つの制御対象
に対して別々にＰＩＤ制御を行った場合には、同一の目
標定常温度を用いて制御を行ったとしても実際にはそれ
ぞれのゾーンの環境やゾーン相互の位置関係の違いに起
因して目標定常温度に到達するタイミングがゾーン毎に
異なってしまうので、それぞれのゾーンにおけるＰＩＤ
制御の開始タイミングおよび終了タイミングを制御する
技術も開示されている。

【０００７】図６はこの特開平７−９６１６８号公報に
開示された従来の他のＰＩＤ制御システムの構成を示す
システム構成図である。図において、２８は所定のプロ
グラムに基づいて設定温度を出力するプロセスコントロ
ーラ、２９はこの設定温度を最終温度とするランプ波形
を出力するランプ信号発生回路、３０はこのランプ波形
が目標定常温度として入力されて操作量を演算して出力
するＰＩＤコントローラ、３１はこのＰＩＤコントロー
ラ３３により温度制御される炉、３２は複数の炉内温度
センサ、３３は比較基準温度が設定されるメモリ、３４
は各炉内温度センサ３２の検出温度が比較基準温度に一
致したタイミングを計測し、その時間差を出力する時間
差計測回路、３５はこの時間差に基づいてランプ信号発
生回路２９のランプ信号の発生タイミングを制御するデ
ータを記憶する時間差テーブルメモリである。

【０００８】次に動作について説明する。メモリ３３に
比較基準温度が設定された状態でプロセスコントローラ
２８から設定温度が出力されると、ランプ信号発生回路
２９はこの設定温度を最終温度とするランプ波形を出力
し、ＰＩＤコントローラ３０はこのランプ波形が目標定
常温度として入力されて操作量を演算して出力する。そ
の結果、炉３１の温度は設定温度に向かって変化する。
この温度変化の途中において、各炉内温度センサ３２の
検出温度が上記比較基準温度に一致すると、時間差計測
回路３４はそれれぞれの一致タイミングを計測し、その
時間差を時間差テーブルメモリ３５へ出力する。時間差
テーブルメモリ３５はこの時間を相殺するテーブルデー
タを選択し、これをランプ信号発生回路２９へ出力す
る。

【０００９】次にプロセスコントローラ２８から設定温
度が出力されると、ランプ信号発生回路２９は時間差テ
ーブルメモリ３５により設定された時間だけランプ波形
の出力開始タイミングを調整する。そして、そのランプ
波形に基づいて炉３１の温度が設定温度まで制御され
る。従って、１つの炉３１に対して複数のＰＩＤ制御を
行ってその温度を制御することができ、しかも、確かに
目標定常温度に到達するタイミングを揃えることが理論
的には可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の他のＰＩＤ制御
システムは以上のように構成されているので、確かに目
標定常温度に到達するタイミングを揃えることが理論上
では可能ではあるが、単に各ＰＩＤ制御の開始タイミン
グ（終了タイミング）を変更しているだけなので、同図
に示すように別途目標定常温度自体を最終的な目標定常
温度となるまで連続的に変化させるランプ発生回路を追
加しなければ、当該タイミングを揃えることは難しく、
しかも、例え各ＰＩＤ制御における係数がオーバシュー
トやアンダーシュートが発生しないように設定されてい
たとしても、当該目標定常温度の温度に到達した後にお
けるオーバシュートやアンダーシュートが発生してしま
うなどの課題があった。そして、そのようなオーバシュ
ートやアンダーシュートが発生した場合、目的とする定
常温度において検出温度を安定させることができなくな
ってしまう場合がある。

【００１１】つまり、上記従来の他のＰＩＤ制御システ
ムでは、全てのＰＩＤ制御に対して同じ目標定常温度を
設定した時の昇温期間における任意の比較基準温度に到
達するタイミングの時間差をデータとして保持し、その
時間差を相殺するように上記タイミングを変更してい
る。そして、これは、各ＰＩＤ制御が同じ昇温カーブに
て目標定常温度まで変化することを前提とするものであ
る（そのために上記ランプ信号発生回路が用いられてい
る）。しかしながら、各ＰＩＤ制御におけるヒータの熱
変換効率のばらつき、各ゾーンの環境毎に違う放熱特性
ばらつきなどがあるため、実際にはこの各ＰＩＤ制御の
昇温カーブはそれぞれに相違するのが一般的であり（つ
まり、各ＰＩＤ制御の時定数は相違するのが一般的であ
り）、最終的な目標定常温度を各ＰＩＤ制御に直接入力
した場合には、上記比較基準温度への到達タイミングを
一致させるように制御したとしても、昇温期間における
温度変化の仕方が各ゾーン毎に異なり、ゾーン間におい
て温度勾配による熱の行き来が発生してしまうので、そ
れだけ各ゾーンが所望の設定温度となるタイミングは異
なることになり、設定温度到達後においてオーバシュー
トやアンダーシュートが発生してしまうことになる。

【００１２】なお、以上の説明においてはＰＩＤ制御シ
ステムを例に上述した課題を説明したが、他にもＩＭＣ
制御システムなどにおいても同様の課題が生じる。

【００１３】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、制御対象を複数のゾーンに分
けてゾーン毎に制御をしつつも、ランプ信号発生回路な
どに頼ることなく本来の制御によって目標定常温度への
到達タイミングを揃え、しかも、目標定常温度に到達し
た後におけるオーバシュートやアンダーシュートの発生
を効果的に抑制することができ、例えばＣＣＤセンサな
どの半導体素子を製造するプロセスにおいてウェハの温
度を好適に制御することができる制御システムを得るこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る制御シス
テムは、制御対象の状態を互いに独立に変化させる複数
の操作手段と、当該制御対象の状態を検出する検出手段
と、当該検出手段による制御対象の状態の検出値が目標
定常値に収束するように上記複数の操作手段へ操作量を
出力する制御手段とを備える制御システムにおいて、上
記検出手段は全ての操作手段の近傍の状態を検出し、上
記制御手段が各操作手段へ出力するそれぞれの操作量
は、ある１つの検出値に対する当該操作手段の近傍の検
出値の検出値偏差を用いて補正されているものである。

【００１５】この発明に係る制御システムは、制御手段
は、目標定常値を記憶する目標定常値記憶回路と、各操
作手段それぞれに対応して設けられ、個別目標値に対す
るそれぞれの検出値の制御偏差を用いてそれぞれの操作
手段に対する操作量を演算して出力する演算回路とを備
え、基準となった検出値が近傍にて検出された操作手段
に対応する演算回路には上記目標定常値が個別目標値と
して与えられ、他の演算回路には当該基準の検出値が個
別目標値として与えられているものである。

【００１６】この発明に係る制御システムは、各演算回
路は、個別目標値に対するそれぞれの検出値の制御偏差
に応じてＰＩＤ制御あるいはＩＭＣ制御を行うものであ
るとともに、他の演算回路には当該基準の検出値そのも
のの替わりに、当該基準の検出値に検出値偏差を加算し
た値、あるいは、当該基準の検出値に当該検出値偏差を
フィルタリングした値を加算した値が入力されるもので
ある。

【００１７】この発明に係る制御システムは、基準の検
出値に対応する演算回路は、全ての演算回路に対して同
一値の個別目標値を与えた場合に最も温度変化が遅かっ
た演算回路が選択されるとともに、他の演算回路には、
当該他の演算制御回路における微分制御係数と上記選択
された演算回路における微分制御係数との平均値を用い
て検出値偏差をフィルタリングした値を加算した値が入
力されるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるＰ
ＩＤ制御システムを示すシステム構成図である。図にお
いて、１は恒温室などの制御対象、２はそれぞれ制御対
象１内部に配設されたヒータ（操作手段）、３はそれぞ
れヒータ電源（操作手段）、４はそれぞれ各ヒータ２の
近傍に配設され、制御対象１の温度状態を検出するサー
モカップル（検出手段）、５はこの２つのサーモカップ
ル４の検出温度を用いて上記２つのヒータ２の通電を制
御するＰＩＤ制御ユニットである。

【００１９】ＰＩＤ制御ユニット５において、６はそれ
ぞれ上記ヒータ２およびヒータ電源３が直列に接続され
る操作回路（操作手段）、７はそれぞれヒータ２、ヒー
タ電源３および操作回路６を１つのループに接続する通
電制御ループ（操作手段）、８は目標定常温度を記憶す
る目標定常温度記憶回路（制御手段）である。以下にお
いて、同図上方に記載されるサーモカップル４からヒー
タ２までの制御経路（４，９，１０，６，７，２）を第
一の制御ループ、同図下方に記載されるサーモカップル
４からヒータ２までの制御経路（４，１４，１５，６，
７，２）を第二の制御ループとよび、それぞれの制御ル
ープの構成要素を個別に指し示す場合には「第一の」あ
るいは「第二の」という修飾語をつけて呼称する。

【００２０】９は第一の検出温度から目標定常温度を減
算し、これを第一の制御偏差として出力する第一の減算
器（制御手段）、１０はこの第一の制御偏差に基づいて
ＰＩＤ制御演算を行い、その演算結果を第一の操作量と
して第一の操作回路６へ出力する第一のＰＩＤ演算回路
（制御手段）である。また、１１は第一の検出温度から
第二の検出温度を減算し、この値を検出温度偏差として
出力する検出温度減算器（制御手段）、１２は検出温度
偏差に対してフィルタリング処理を行いフィルタ済み検
出温度偏差を出力するフィルタ回路（制御手段）、１３
は第一の検出温度にこのフィルタ済み検出温度偏差を加
算する第二目標温度生成用加算器（制御手段）、１４は
第二の検出温度からこの加算値を減算し、これを第二の
制御偏差として出力する第二の減算器（制御手段）、１
５はこの第二の制御偏差に基づいてＰＩＤ制御演算を行
い、その演算結果を第二の操作量として第二の操作回路
６へ出力する第二のＰＩＤ演算回路（制御手段）であ
る。

【００２１】次に動作について説明する。例えば、２つ
のサーモカップル４，４の検出温度が安定した状態にお
いて目標定常温度記憶回路８に所望の制御対象の目標定
常温度が設定されると、第一の減算器９はこの安定した
第一の検出温度から目標定常温度を減算し、第一のＰＩ
Ｄ演算回路１０はその第一の制御偏差に基づいてＰＩＤ
制御演算を行い、第一の操作回路６は第一の操作量に基
づいて第一の通電制御ループ７の通電制御を行う。他
方、２つのサーモカップル４，４の検出温度が安定した
状態では、第二の減算器１４から出力される第二の制御
偏差は「０」であるので、第二の制御ループにおいては
通電制御はなされない。

【００２２】そして、第一の制御ループによる通電制御
により第一のサーモカップル４の検出温度が上昇する
と、第一の減算器９はこの第一の検出温度から目標定常
温度を減算し、第一の制御ループはこの新たな第一の制
御偏差に基づいた通電制御を行う。他方、第二の制御ル
ープでは、第一のヒータ２のみが通電されたことにより
制御対象１内部では温度勾配が生じて第一の検出温度と
第二の検出温度とに差が生じるので、検出温度減算器１
１は第一の検出温度から第二の検出温度を減算し、フィ
ルタ回路１２はこの検出温度偏差に対してフィルタリン
グ処理を行い、第二目標温度生成用加算器１３は第一の
検出温度にこのフィルタ済み検出温度偏差を加算し、第
二の減算器１４は第二の検出温度からこの加算値を減算
し、第二のＰＩＤ演算回路１５はこの第二の制御偏差に
基づいてＰＩＤ制御演算を行い、操作回路６はこの第二
の操作量に基づいた通電制御を行う。

【００２３】このような制御を連続的に行うことで、最
終的には、第一の制御ループの通電は第一の検出温度と
目標定常温度が一致した時点で終了し、しかも、第二の
制御ループの通電は第一の検出温度と第二の検出温度と
が一致した時点で終了するので、結果として、第一の検
出温度および第二の検出温度がともに目標定常温度にな
った時点で通電制御が終了する。

【００２４】次に第一の制御ループと第二の制御ループ
とのどちらに目標定常温度を入力すればよいのか、その
決定方法を説明する。図２は図１に示すＰＩＤ制御シス
テムにおいて第一の減算器９に入力する加算値および第
二の減算器１４に入力する加算値をともに目標定常温度
とした場合における温度特性を示す説明図である。同図
（ａ）の横軸は時間、縦軸は目標定常温度、同図（ｂ）
の横軸は時間、縦軸は検出温度、１６は第一の制御ルー
プと第二の制御ループに共通に設定される目標定常温度
の温度曲線、１７は第一の検出温度の温度曲線、１８は
第二の検出温度の温度曲線である。

【００２５】そして、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ
０において同一の目標定常温度をそれぞれの減算器９，
１４に設定した結果、同図（ｂ）に示すように第一の検
出温度と第二の検出温度が変化した場合、最も状態変化
が遅かった（曲線の平均的な傾きが小さい）第一の制御
ループ（時定数が最も大きい第一の制御ループ）に目標
定常温度を入力すると決定する。このように設定すれ
ば、第二の制御ループも第一の制御ループにおける温度
変化に追従することができるからである。

【００２６】次にフィルタ回路１２によるフィルタリン
グ処理について説明する。下記式１および式２はこのフ
ィルタ回路１２のフィルタリング処理を示す演算式であ
る。同式において、Ｇ（ｓ）はフィルタ回路１２の出
力、ｓはラプラス演算子、αはパラメータ、Ｄ１は第一
のＰＩＤ演算回路１０の微分係数、Ｄ２は第二のＰＩＤ
演算回路１５の微分係数である。なお、このパラメータ
などは図示外の入力手段などで設定すればよい。

【００２７】Ｇ（ｓ）＝１／（１＋Ｔ・ｓ）・・・式１Ｔ＝ α（Ｄ１＋Ｄ２）／２・・・式２

【００２８】ところで、ＰＩＤ制御における微分係数
は、図２（ｂ）の温度曲線の時定数（設定値の約６０％
までに検出値が上昇するまでの時間）がほぼ一致するこ
とが知られており、この実施の形態１のＰＩＤ制御にお
いても時定数をそれぞれの微分係数として用いている。

【００２９】そして、このように第一の検出温度に対す
る第二の検出温度の検出値偏差を代入した上記式１の値
を、第二の制御ループの個別目標値（第一の検出温度）
に加算することで、第一の検出温度に対する第二の検出
温度の温度変化遅れが生じたとしても、元来時定数Ｄ２
（＜Ｄ１）で制御することが可能な第二の制御ループの
余力を用いてそれを解消することができる。特に、この
実施の形態１では、上記式１に示すように遅れ分が累積
するような状況であればあるほど上記式１の値は大きく
なるので、確実に上記温度変化遅れを解消することがで
きる。

【００３０】また、上記式２に示すように、第一のＰＩ
Ｄ演算回路１０における微分係数Ｄ１と第二のＰＩＤ演
算回路１５における微分係数Ｄ２との平均値を用いてい
るので、例えば単に「Ｔ＝αＤ１」とした場合に比べて
効果的に上記温度変化遅れを解消しつつ、単に「Ｔ＝α
Ｄ２」とした場合のように過剰に上記温度変化遅れを解
消することもなくなり、第二の制御ループの温度変化曲
線が第一の制御ループの温度変化曲線よりも上側にきて
しまうことなく、好適に上記温度変化遅れを解消するこ
とができる効果がある。

【００３１】図３はこの発明の実施の形態１によるＰＩ
Ｄ制御システムの温度制御効果を示す説明図である。同
図（ａ）は第二の減算器１４に目標定常温度を減算値と
して入力した場合の第一の検出温度の温度曲線と第二の
検出温度の温度曲線を示すものであり、同図（ｂ）は第
二の減算器１４に第一の検出温度を減算値として入力し
た場合の第一の検出温度の温度曲線と第二の検出温度の
温度曲線を示すものであり、同図（ｃ）はこの実施の形
態１のとおり第二目標温度生成用加算器１３の出力を第
二の減算器１４に減算値として入力した場合の第一の検
出温度の温度曲線と第二の検出温度の温度曲線を示すも
のである。図において、１９はこの第二目標温度生成用
加算器１３の出力の温度曲線である。

【００３２】そして、同図に示すように、単に第一の制
御ループおよび第二の制御ループにともに制御基準温度
として目標定常温度を入力して互いに独立して動作させ
た場合にはそれぞれのヒータの加熱効率などに起因した
時定数の差がそのまま温度曲線の差として現れてしま
い、予めヒータなどの特性を揃えて時定数を一致させる
工夫をしなければ均一な温度を維持したまま温度を上昇
あるいは降下させることはできない。これに対して、第
二の制御ループの制御基準温度として第一の検出温度を
利用した場合には温度曲線同士の温度差を一定の遅れ時
間に相当する温度差に抑えたまま温度を上昇あるいは降
下させることができる。特に、温度をゆっくりと変化さ
せる制御などの場合にはほぼ制御対象の温度を均一な温
度に維持したまま温度を上昇あるいは降下させることが
できる。更に、この実施の形態１のように、上記温度差
が生じた場合にはそれに応じて第二の制御ループの余力
を用いて少しだけ余計に加熱することで、一定の遅れ時
間に相当する温度差を解消しつつ温度を上昇あるいは降
下させることができるので、温度が急激に変化する制御
であったとしても、実際に発生する温度差を更に小さく
し、略一致させたまま温度を上昇あるいは降下させるこ
とができる。そして、このように温度が変化している間
における温度差を解消することにより、制御対象全体を
ほぼ同時に目標温度に到達させることができ、しかも、
第一のヒータ２と第二のヒータ２との間に生じる温度勾
配に起因する対流を発生させることも無いので、当該目
標温度に到達した後のオーバシュートやアンダーシュー
トをほとんど発生しないようにすることができ、その結
果早く制御対象１の全体を目標定常温度に安定させるこ
とができる。

【００３３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、ヒータ２および操作回路６からなり、制御対象１の
温度状態を互いに独立に変化させる２組の操作手段と、
当該制御対象１の温度状態を検出するサーモカップル４
と、当該サーモカップル４による制御対象１の検出温度
が目標定常温度に収束するように上記２つの操作回路６
へ操作量を出力するＰＩＤ演算回路１０，１５とを備え
る制御システムにおいて、上記サーモカップル４は２つ
のヒータ２の近傍の状態を検出し、上記ＰＩＤ演算回路
１０が各操作回路６へ出力するそれぞれの操作量は、第
一の検出温度に対する第二の検出温度の検出値偏差を用
いて補正されているので、第一の検出温度と第二の検出
温度との検出値偏差を解消することができる。従って、
２つの検出温度はほぼ同じ温度曲線にて目標定常温度ま
で変化することになり、例えヒータ２や担当ゾーンの違
いに起因して元来温度の変化特性にばらつきなどがあっ
たとしても全ての領域を最終的な目標定常値にほぼ同時
に到達させることができる。また、設定温度到達後のオ
ーバシュートやアンダーシュートの発生も抑制すること
ができる。

【００３４】それゆえ、制御対象を複数のゾーンに分け
てゾーン毎に制御をしつつも、ランプ信号発生回路など
に頼ることなく本来の制御によって目標定常温度への到
達タイミングを揃え、しかも、目標定常温度に到達した
後におけるオーバシュートやアンダーシュートの発生を
効果的に抑制することができ、例えばＣＣＤセンサなど
の半導体素子を製造するプロセスにおいてウェハの温度
を好適に制御することができる効果がある。

【００３５】この実施の形態１によれば、目標定常温度
を記憶する目標定常記憶回路８と、各操作回路６それぞ
れに対応して設けられ、個別目標温度に対するそれぞれ
の検出温度の制御偏差を用いてそれぞれの操作回路６に
対する操作量を演算して出力する２つのＰＩＤ演算回路
１０，１５とを備え、第一のＰＩＤ演算回路１０には上
記目標定常温度が個別目標値として与えられ、第二のＰ
ＩＤ演算回路１５には当該基準の検出値が個別目標値と
して与えられているので、単に全てのＰＩＤ演算回路１
０，１５に目標定常値を個別に設定した場合よりも検出
値誤差の発生を抑制することができ、その分更に検出値
偏差の絶対値を小さくして状態の検出値の均一化を図る
ことができる。

【００３６】この実施の形態１によれば、基準の検出値
に対応する第一のＰＩＤ演算回路１０は、全てのＰＩＤ
演算回路１０，１５に対して同一値の個別目標値を与え
た場合に最も状態変化が遅かったＰＩＤ演算回路１０が
選択されるとともに、他の演算回路１５には、当該他の
ＰＩＤ演算回路１５における微分制御係数Ｄ２と上記選
択されたＰＩＤ演算回路１０における微分制御係数Ｄ１
との平均値を用いて検出値偏差をフィルタリングした値
を加算した値が入力されるので、上記最も状態変化が遅
かったＰＩＤ演算回路１０の制御特性に基づいて全ての
ＰＩＤ演算回路１０，１５における制御を行いつつも、
当該最も遅いＰＩＤ演算回路１０よりも制御特性がよい
他のＰＩＤ演算回路１５においては、検出値偏差が発生
した場合にはそれを解消するように制御を行うことがで
き、検出値のばらつきを効果的に抑制することができ
る。

【００３７】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２によるＰＩＤ制御システムを示すシステム構成図で
ある。図において、２０は検出温度偏差とともに第一の
制御偏差が入力され、下記式３に基づいてフィルタリン
グ処理を行いフィルタ済み検出温度偏差を出力するフィ
ルタ回路（制御手段）である。但し、ｏｆｆｓｅｔはフ
ィルタ済み検出温度偏差、ＳＰ１は目標定常温度、ＰＶ
１は第一の検出温度、ＰＶ２は第二の検出温度、ｆｓは
フィルタ回路の入力サンプリング周波数、ｆｉｌｔｅｒ
（）は一次フィルタ関数である。

【００３８】ｏｆｆｓｅｔ＝０（「ＳＰ１−ＰＶ１」が０．５％ｆｓ以内、且つ、「Ｐ
Ｖ１」が安定しているとき）ｏｆｆｓｅｔ＝ｆｉｌｔｅｒ（（ＰＶ１−ＰＶ２）（ＳＰ１−ＰＶ１））（「ＳＰ１−ＰＶ１」が０．５％ｆｓより大きい、あるいは、「ＰＶ１」が整定していないとき）・・・式３

【００３９】これ以外の構成は実施の形態１と同様であ
り説明を省略する。

【００４０】次に動作について説明する。制御対象１の
温度が例えば室温などのように特定の温度で安定した状
態では、「ＳＰ１−ＰＶ１」が０．５％ｆｓ以内とな
り、且つ、「ＰＶ１」が安定することになり、上記式２
に基づいてフィルタ回路２０の出力は「０」となり、第
二目標温度生成用加算器１３からは第一検出温度そのも
のが出力される。従って、第二の制御ループは、第二の
検出温度が第一の検出温度となるように温度制御を行
う。

【００４１】このような状態において目標定常温度記憶
回路８に新たな目標定常温度が記憶されると、第一の減
算器９は第一の検出温度からこの目標定常温度を減算
し、これにより第一の制御ループは第一の検出温度と目
標定常温度との差がなくなるまで、つまり第一の検出温
度が目標定常温度となるように制御を行う。

【００４２】そして、第二目標温度生成用加算器１３か
らは変化した第一の検出温度が出力され、第二の制御ル
ープは第二の検出温度がこの第一の検出温度となるよう
に制御を開始する。また、「ＳＰ１−ＰＶ１」が０．５
％ｆｓより大きくなったり、あるいは、「ＰＶ１」が整
定していないときには、フィルタ回路２０は第一の検出
温度に対する第二の検出温度の温度差を用いて上記式３
に基づくフィルタ済み検出温度偏差を出力する。このフ
ィルタ済み検出温度偏差は、「ＰＶ１−ＰＶ２」が大き
ければ大きいほど大きくなり且つ「ＳＰ１−ＰＶ１」が
大きければ大きいほど大きくなるものであり、設定され
る目標定常温度の現在の温度に対する温度差が大きけれ
ば大きいほど大きくなる性質があるので、単に「ＰＶ１
−ＰＶ２」のみを変数とする実施の形態１と比べた場
合、広い温度勾配範囲において最適な補正を行うことが
できる効果がある。また、一次フィルタを用いているの
で、「ｏｆｆｓｅｔ＝０」の制御と「ｏｆｆｓｅｔ
＝ｆｉｌｔｅｒ（（ＰＶ１−ＰＶ２）（ＳＰ１−Ｐ
Ｖ１））」の制御との切替の際であってもこのｏｆｆｓ
ｅｔの値は連続的に変化することになる。

【００４３】また、第一の検出温度および第二の検出温
度が目標定常温度付近の温度となり、「ＳＰ１−ＰＶ
１」が０．５％ｆｓ以内となり且つ「ＰＶ１」が安定す
ると、第二目標温度生成用加算器１３からは再び第一検
出温度そのものが出力される。これ以外の動作は実施の
形態１と同様であり説明を省略する。

【００４４】以上の実施の形態では、ＰＩＤ演算回路１
０，１５を制御手段として用いた例について説明した
が、ＩＭＣ演算回路を用いても同様の効果を得ることが
できる。また、この発明においては、第一の検出温度と
第二の検出温度との検出値偏差をフィルタリングし、そ
のフィルタ出力を基準となる第一の検出温度に加算して
いるが、第一の検出温度と第二の検出温度との差をその
まま第一の検出温度に加算しても略同様の効果を得るこ
とができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、制御
対象の状態を互いに独立に変化させる複数の操作手段
と、当該制御対象の状態を検出する検出手段と、当該検
出手段による制御対象の状態の検出値が目標定常値に収
束するように上記複数の操作手段へ操作量を出力する制
御手段とを備える制御システムにおいて、上記検出手段
は全ての操作手段の近傍の状態を検出し、上記制御手段
が各操作手段へ出力するそれぞれの操作量は、ある１つ
の検出値に対する当該操作手段の近傍の検出値の検出値
偏差を用いて補正されているので、各検出値の検出値偏
差を解消することができる。従って、複数の検出値はほ
ぼ同じカーブ（変化特性）にて目標定常値まで変化する
ことになり、例え操作手段や担当ゾーンの違いに起因し
て元来変化特性にばらつきなどがあったとしても全ての
領域を最終的な目標定常値にほぼ同時に到達させること
ができる。また、設定温度到達後のオーバシュートやア
ンダーシュートの発生も抑制することができる。

【００４６】それゆえ、制御対象を複数のゾーンに分け
てゾーン毎に制御をしつつも、ランプ信号発生回路など
に頼ることなく本来の制御によって目標定常温度への到
達タイミングを揃え、しかも、目標定常温度に到達した
後におけるオーバシュートやアンダーシュートの発生を
効果的に抑制することができ、例えばＣＣＤセンサなど
の半導体素子を製造するプロセスにおいてウェハの温度
を好適に制御することができる効果がある。

【００４７】この発明によれば、制御手段は、目標定常
値を記憶する目標定常値記憶回路と、各操作手段それぞ
れに対応して設けられ、個別目標値に対するそれぞれの
検出値の制御偏差を用いてそれぞれの操作手段に対する
操作量を演算して出力する演算回路とを備え、基準とな
った検出値が近傍にて検出された操作手段に対応する演
算回路には上記目標定常値が個別目標値として与えら
れ、他の演算回路には当該基準の検出値が個別目標値と
して与えられているので、単に全ての制御回路に目標定
常値を個別に設定した場合よりも検出値誤差の発生を抑
制することができ、その分更に検出値偏差の絶対値を小
さくして状態の検出値の均一化を図ることができる。

【００４８】例えば、各演算回路は、個別目標値に対す
るそれぞれの検出値の制御偏差に応じてＰＩＤ制御ある
いはＩＭＣ制御を行うものであるとともに、他の演算回
路には当該基準の検出値そのものの替わりに、当該基準
の検出値に検出値偏差を加算した値、あるいは、当該基
準の検出値に当該検出値偏差をフィルタリングした値を
加算した値が入力されるものであればよい。

【００４９】この発明によれば、基準の検出値に対応す
る演算回路は、全ての演算回路に対して同一値の個別目
標値を与えた場合に最も状態変化が遅かった演算回路が
選択されるとともに、他の演算回路には、当該他の演算
制御回路における微分制御係数と上記選択された演算回
路における微分制御係数との平均値を用いて検出値偏差
をフィルタリングした値を加算した値が入力されるの
で、上記最も状態変化が遅かった演算回路の制御特性に
基づいて全ての演算回路における制御を行いつつも、当
該最も遅い演算回路よりも制御特性がよい他の演算回路
においては、検出値偏差が発生した場合にはそれを解消
するように制御を行うことができ、検出値のばらつきを
効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるＰＩＤ制御シス
テムを示すシステム構成図である。

【図２】図１に示すＰＩＤ制御システムにおいて第一の
減算器に入力する加算値および第二の減算器に入力する
加算値をともに目標定常温度とした場合における温度特
性を示す説明図である。

【図３】この発明の実施の形態１によるＰＩＤ制御シス
テムの温度制御効果を示す説明図である。

【図４】この発明の実施の形態２によるＰＩＤ制御シス
テムを示すシステム構成図である。

【図５】従来の基本的なＰＩＤ制御システムの構成を示
すシステム構成図である。

【図６】従来の他のＰＩＤ制御システムの構成を示すシ
ステム構成図である。

【符号の説明】

１制御対象２ヒータ（操作手段）３ヒータ電源（操作手段）４サーモカップル（検出手段）５ＰＩＤ制御ユニット６操作回路（操作手段）７通電制御ループ（操作手段）８目標定常温度記憶回路（制御手段）９第一の減算器（制御手段）１０第一のＰＩＤ演算回路（制御手段）１１検出温度減算器（制御手段）１２フィルタ回路（制御手段）１３第二目標温度生成用加算器（制御手段）１４第二の減算器（制御手段）１５第二のＰＩＤ演算回路（制御手段）１６目標定常温度の温度曲線１７第一の検出温度の温度曲線１８第二の検出温度の温度曲線１９第二目標温度生成用加算器の出力の温度曲線２０フィルタ回路（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/00 ３１０Ｈ０５Ｂ 3/00 ３１０Ｅ３７０３７０Ｆターム(参考） 3K058 AA86 BA19 CA69 CA92 5H004 GA03 GB01 HA01 HB01 JA01 JA13 JA22 JB08 KA71 KB02 KB04 KB06 KB16 KB22 LA01 LA15 LA18 LB05 MA12 5H323 AA40 BB08 CA06 CB42 DA01 EE01 EE04 EE11 FF01 GG02 KK05 KK10 LL01 LL02 LL04 LL07 MM06 NN15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御対象の状態を互いに独立に変化させ
る複数の操作手段と、当該制御対象の状態を検出する検出手段と、当該検出手段による制御対象の状態の検出値が目標定常
値に収束するように上記複数の操作手段へ操作量を出力
する制御手段とを備える制御システムにおいて、上記検出手段は全ての操作手段の近傍の状態を検出し、上記制御手段が各操作手段へ出力するそれぞれの操作量
は、ある１つの検出値に対する当該操作手段の近傍の検
出値の検出値偏差を用いて補正されている制御システ
ム。
【請求項２】制御手段は、目標定常値を記憶する目標
定常値記憶回路と、各操作手段それぞれに対応して設け
られ、個別目標値に対するそれぞれの検出値の制御偏差
を用いてそれぞれの操作手段に対する操作量を演算して
出力する演算回路とを備え、基準となった検出値が近傍
にて検出された操作手段に対応する演算回路には上記目
標定常値が個別目標値として与えられ、他の演算回路に
は当該基準の検出値が個別目標値として与えられている
ことを特徴とする請求項１記載の制御システム。
【請求項３】各演算回路は、個別目標値に対するそれ
ぞれの検出値の制御偏差に応じてＰＩＤ制御あるいはＩ
ＭＣ制御を行うものであるとともに、他の演算回路には当該基準の検出値そのものの替わり
に、当該基準の検出値に検出値偏差を加算した値、ある
いは、当該基準の検出値に当該検出値偏差をフィルタリ
ングした値を加算した値が入力されることを特徴とする
請求項２記載の制御システム。
【請求項４】基準の検出値に対応する演算回路は、全
ての演算回路に対して同一値の個別目標値を与えた場合
に最も温度変化が遅かった演算回路が選択されるととも
に、他の演算回路には、当該他の演算制御回路における微分
制御係数と上記選択された演算回路における微分制御係
数との平均値を用いて検出値偏差をフィルタリングした
値を加算した値が入力されることを特徴とする請求項３
記載の制御システム。