JP2002157001A - 制御装置、温度調節器および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】干渉のある制御対象としての処理手段の制御に
おいて、干渉を低減するとともに、前記処理手段で処理
される被処理物の温度を所望の温度に制御できるように
する。 【解決手段】 処理手段３の温度を検出する複数の温度
センサの検出温度に基づいて、前記処理手段３で処理さ
れる被処理物１０１の各処理点温度を推定し、推定され
た温度から平均温度および傾斜温度を算出し、各ＰＩＤ
制御手段６₁〜６ｎは、それぞれ平均温度または各傾斜
温度が目標値になるように操作信号を出力し、配分手段
７によって、各ＰＩＤ制御手段６₁〜６ｎによる制御
が、他のＰＩＤ制御手段の制御に影響を与えないよう
に、処理手段３に操作を加える各操作手段に各ＰＩＤ制
御手段６₁〜６ｎからの操作信号を配分するようにして
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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６₁〜６
ｎ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１₁〜１_n
に配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６
₁〜６ｎ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６ ₁〜６ｎ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。

【００１７】すなわち、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
理状態を検出する検出手段の検出出力に基づいて、前記
被処理物の物理状態を推定する推定手段と、前記推定手
段で推定された物理状態の情報に基づいて、前記処理手
段に操作を加える操作手段に対して、操作信号を出力す
る状態制御手段とを備えている。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】本発明の制御装置によると、処理手段の物
理状態を検出する検出手段の検出出力に基づいて、前記
処理手段で処理される被処理物の物理状態を推定し、こ
の推定した物理状態に基づいて、制御を行なうので、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。

【００２１】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検
出する温度検出手段の検出温度に基づいて、前記被処理
物の温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段
で推定された温度に基づいて、前記処理手段に操作を加
える操作手段に対して、操作信号を出力する温度制御手
段とを備えている。

【００２２】本発明の温度調節器によると、処理手段の
温度を検出する温度検出手段の検出温度に基づいて、前
記処理手段で処理される被処理物の温度を推定し、この
推定した温度に基づいて、制御を行なうので、被処理物
の温度を所望の温度になるように制御できる。

【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。

【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６₁〜６
ｎ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１ ₁〜１ｎ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６_1〜６ｎ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２０００−１８７５
１４）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６₁〜６
ｎ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Ｔｔ_n-1を
算出する。

【００５５】 Ｔａｖ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓｎ）÷ｎ Ｔｔ１＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓ_n-1）÷（ｎ−１）−Ｓｎ Ｔｔ２＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓ_n-2）÷（ｎ−２）−Ｓ_n-1 ・ ・ Ｔｔ_n-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２₁〜２_n-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２₁〜２_n-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２₁〜２
_n-1を、温度センサ２₁〜２_n-2と温度センサ２_n-1との二
つに区分した場合の温度センサ２₁〜２_n-2の平均検出温
度と温度センサ２_n-1の検出温度との差であり、以下同
様にして、傾斜温度Ｔｔ_n-1は、温度センサ２₁と温度セ
ンサ２ ₂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 ……Ｔｔ_n-1］^T Ｓ＝［Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３ ……Ｓ_n］^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〜Ｔｔ_{n- 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Ｐ
ＩＤ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１₁〜１_n
に配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６
₁〜６ｎ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６ ₁〜６ｎ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，ＰＶ
２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６ ₂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Ｐ
ＩＤ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１
₁，１₂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２
₁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２ ₂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】 Ｔａｖ＝（Ｔ₁＋Ｔ₂）／２ ＝｛（ｌ₁・Ｈ₁＋ｌ₃・Ｈ₂）＋（ｌ₂・Ｈ₁＋ｌ₄・Ｈ₂）｝／２ ＝｛（ｌ₁＋ｌ₂）Ｈ₁＋（ｌ₃＋ｌ₄）Ｈ₂｝／２ ＝｛（ｌ₁＋ｌ₂）（ｋ₁・Ｈａｖ＋ｋ₃・Ｈｔ） ＋（ｌ₃＋ｌ₄）（ｋ₂・Ｈａｖ＋ｋ₄・Ｈｔ）｝／２ ＝〔｛（ｌ₁＋ｌ₂）ｋ₁＋（ｌ₃＋ｌ₄）ｋ₂｝Ｈａｖ ＋｛（ｌ₁＋ｌ₂）ｋ₃＋（ｌ₃＋ｌ₄）ｋ₄｝Ｈｔ〕／２ 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】 Ｔｔ＝Ｔ₁−Ｔ₂ ＝（ｌ₁・Ｈ₁＋ｌ₃・Ｈ₂）−（ｌ₂・Ｈ₁＋ｌ₄・Ｈ₂） ＝（ｌ₁−ｌ₂）Ｈ₁＋（ｌ₃−ｌ₄）Ｈ₂ ＝（ｌ₁−ｌ₂）（ｋ₁・Ｈａｖ＋ｋ₃・Ｈｔ） ＋（ｌ₃−ｌ₄）（ｋ₂・Ｈａｖ＋ｋ₄・Ｈｔ） ＝｛（ｌ₁−ｌ₂）ｋ₁＋（ｌ₃−ｌ₄）ｋ₂｝Ｈａｖ ＋｛（ｌ₁−ｌ₂）ｋ₃＋（ｌ₃−ｌ₄）ｋ₄｝Ｈｔ 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〜ｋ
₄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１
０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、 ｋ₄＝−｛（ｌ₁＋ｌ₂）／（ｌ₃＋ｌ₄）｝ｋ₃ ＝−｛（１＋０.９）／（０.９＋１）｝ｋ₃ ＝−ｋ₃ また、ｋ₂＝−｛（ｌ₁−ｌ₂）／（ｌ₃−ｌ₄）｝ｋ₁ ＝−｛（１−０.９）／（０.９−１）｝ｋ₁ ＝ｋ₁ 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）Ｇ
ｃ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）Ｈａ
ｖ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１０
０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、「ＭＡＴＬＡ
Ｂ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
＋…＋ａ_nｑ^-n Ｂ（ｑ）＝ｂ₁ｑ^-1＋ｂ₂ｑ^-2＋…＋ｂ_nｑ^-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、ＡＲ
Ｘ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１
０３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１
０６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１
７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１
０６のＡＲＸモデルのパラメータを同定する同定手段１
０７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１０
０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

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｂ (72)発明者 成松 聖也 京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不 動堂町801番地 オムロン株式会社内 (72)発明者 田中 政仁 京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不 動堂町801番地 オムロン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA20 AB32 BB01 EC02 EK06 EK22 EK27 GB05 GB16 5H004 GA07 GA15 GB01 HA01 HB01 JA08 JA22 JB07 JB08 JB18 JB20 JB30 KA32 KA62 KA71 KB02 KB04 KB06 KB33 KC24 KC26 KC28 LA02 LA15 LA18 5H323 AA27 BB06 CA02 CB02 CB42 DA01 EE01 EE11 FF04 FF10 HH02 KK05 KK09 LL01 LL02 LL12 MM06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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検出する検出手段の検出出力
   に基づいて、前記被処理物の物理状態を推定する推定手
   段と、 前記推定手段で推定された物理状態の情報に基づいて、
   前記処理手段に操作を加える操作手段に対して、操作信
   号を出力する状態制御手段と、 を備えることを特徴とする制御装置。
2. 【請求項２】 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検出する温度検出手段の検出温度
   に基づいて、前記被処理物の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温度に基づいて、前記処
   理手段に操作を加える操作手段に対して、操作信号を出
   力する温度制御手段と、 を備えることを特徴とする温度調節器。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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。
6. 【請求項６】 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。
7. 【請求項７】 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６記載の
   温度調節器。
8. 【請求項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。
9. 【請求項９】 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２、５ないし８のいず
   れかに記載の温度調節器。
10. 【請求項１０】 請求項２、５ないし９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。