JP2021149467A - 温度制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】流体の温度を高精度に制御すること。【解決手段】温度制御システムは、温調対象を含み流体が流通する循環流路と、循環流路の第１部分に第１温度の流体及び第１温度よりも高い第２温度の流体の少なくとも一方を供給して第１部分の流体の温度を調整する第１温調装置と、第１部分と温調対象との間の循環流路の第２部分において温調対象に供給される流体の温度を調整する第２温調装置と、第１部分から第２部分に供給される流体の温度を検出する第１温度センサと、第２部分の流出口と第１部分の流入口との間の循環流路の所定位置において流体又は温調対象の温度を検出する第２温度センサと、第１温度センサの検出値に基づいて、第１部分から第２部分に供給される流体が第１目標温度になるように第１温調装置を制御する第１コントローラと、第２温度センサの検出値に基づいて、所定位置において流体が第２目標温度になるように第２温調装置を制御する第２コントローラと、を備える。第１目標温度は、第２目標温度に基づいて決定される。【選択図】図１

Description

本開示は、温度制御システムに関する。
半導体製造装置に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、流体を循環させることによって温調対象の温度を制御する温度制御システムが使用される。特許文献１には、プロセス中に目標温度をできるだけ早く切り換えるために混合バルブを使用して外部高温チラー及び低温チラーからの供給流体を循環中の流体と混合して目標温度を作る方法が記載されている。
特開２０１３−１０５３５９号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、混合バルブの動特性が高ゲイン高応答であるものの、混合バルブのバルブ開度と流量との非線形性、バルブ開口の不感帯、ヒステリシス等の非線形要素、温調対象の低応答、及び温調対象が有する無駄時間等に起因して、温度制御性が悪く、ハンチングを起こしやすいという問題点がある。
本開示は、流体の温度を高精度に制御することを目的とする。
本開示に従えば、温調対象を含み流体が流通する循環流路と、前記循環流路の第１部分に第１温度の流体及び前記第１温度よりも高い第２温度の流体の少なくとも一方を供給して前記第１部分の流体の温度を調整する第１温調装置と、前記第１部分と前記温調対象との間の前記循環流路の第２部分において前記温調対象に供給される流体の温度を調整する第２温調装置と、前記第１部分から前記第２部分に供給される流体の温度を検出する第１温度センサと、前記第２部分の流出口と前記第１部分の流入口との間の前記循環流路の所定位置において前記流体又は前記温調対象の温度を検出する第２温度センサと、前記第１温度センサの検出値に基づいて、前記第１部分から前記第２部分に供給される前記流体が第１目標温度になるように前記第１温調装置を制御する第１コントローラと、前記第２温度センサの検出値に基づいて、前記所定位置において前記流体が第２目標温度になるように前記第２温調装置を制御する第２コントローラと、を備え、前記第１目標温度は、前記第２目標温度に基づいて決定される、温度制御システムが提供される。
本開示によれば、流体の温度を高精度に制御することができる。
図１は、第１実施形態に係る温度制御システムを示す構成図である。 図２は、第１実施形態に係る第２温調装置を模式的に示す図である。 図３は、第１実施形態に係る温調部の一部を拡大した断面図である。 図４は、第１実施形態に係る温度制御システムを示すブロック図である。 図５は、第１実施形態に係る規定値を説明するための図である。 図６は、第２実施形態に係る温度制御システムを示すブロック図である。 図７は、第３実施形態に係る温度制御システムを示すブロック図である。 図８は、第４実施形態に係る温度制御システムを示すブロック図である。 図９は、第５実施形態に係る温度制御システムを示すブロック図である。
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
［第１実施形態］
＜温度制御システムの概要＞
図１は、本実施形態に係る温度制御システム１を示す構成図である。図１に示すように、温度制御システム１は、温調対象Ｓを含み流体Ｆが流通する循環流路２と、循環流路２の第１部分２Ａにおいて流体Ｆの温度を調整する第１温調装置３と、第１部分２Ａと温調対象Ｓとの間の循環流路２の第２部分２Ｂにおいて流体Ｆの温度を調整する第２温調装置４と、循環流路２において流体Ｆを流通させるポンプ５と、流体Ｆの温度を検出する温度センサ６と、第１温調装置３を制御する第１コントローラ７と、第２温調装置４を制御する第２コントローラ８とを備える。
温調対象Ｓは、半導体製造装置の少なくとも一部を含む。温調対象Ｓは、例えばプラズマ処理装置のウエハホルダを含む。ウエハホルダは、プラズマ処理装置においてプラズマ処理される半導体ウエハを保持する。ウエハホルダは、例えばアルミニウム製である。ウエハホルダは、半導体ウエハを静電吸着力で保持する静電チャックを有する。静電チャックは、直流電圧が印加されることによりクーロン力で半導体ウエハを吸着保持する。ウエハホルダの温度が制御されることにより、ウエハホルダに保持されている半導体ウエハの温度が調整される。
温度制御システム１は、温調対象Ｓに流体Ｆを供給することにより、温調対象Ｓの温度を制御する。本実施形態において、流体Ｆは液体である。なお、流体Ｆは気体でもよい。循環流路２において、流体Ｆは、第１温調装置３から第２温調装置４に供給された後、温調対象Ｓに供給される。温調対象Ｓに供給された流体Ｆは、第１温調装置３に戻される。
温調対象Ｓは、第２温調装置４からの流体Ｆが流入する流入口Ｍａと、流体Ｆが流出する流出口Ｍｂとを有する。第１温調装置３は、温調対象Ｓからの流体Ｆが流入する流入口Ｍｃと、流体Ｆが流出する流出口Ｍｄとを有する。第２温調装置４は、第１温調装置３からの流体Ｆが流入する流入口Ｍｅと、流体Ｆが流出する流出口Ｍｆとを有する。第１温調装置３の流入口Ｍｃは、第１部分２Ａの流入口を意味する。第１温調装置３の流出口Ｍｄは、第１部分２Ａの流出口を意味する。第２温調装置４の流入口Ｍｅは、第２部分２Ｂの流入口を意味する。第２温調装置４の流出口Ｍｆは、第２部分２Ｂの流出口を意味する。
第１温調装置３は、所謂、ラフ温調装置である。第２温調装置４は、所謂、ファイン温調装置である。第１温調装置３による温度調整可能範囲（ゲイン）は、第２温調装置４による温度調整可能範囲よりも大きい。一例として、第１温調装置３による温度調整可能範囲は、±５０℃であり、第２温調装置４による温度調整可能範囲は、±１℃である。第２温調装置４の応答速度（応答性）は、第１温調装置３の応答速度よりも高い。応答速度とは、流体Ｆの温度を目標温度に到達させるのに要する時間をいう。応答速度が高いことは、流体Ｆの温度を目標温度に到達させるのに要する時間が短いことを意味する。応答速度が低いことは、流体Ｆの温度を目標温度に到達させるのに要する時間が長いことを意味する。
循環流路２にタンク９が配置される。実施形態において、第１部分２Ａは、循環流路２に配置されたタンク９を含む。流入口Ｍｃ及び流出口Ｍｄは、タンク９に設けられる。
第１温調装置３は、循環流路２のタンク９に第１温度ＴＬの流体Ｆ及び第１温度ＴＬよりも高い第２温度ＴＨの流体Ｆの少なくとも一方を供給して、タンク９の流体Ｆの温度を調整する。第１温調装置３は、流体Ｆの温度を大まかに調整する。
第２温調装置４は、タンク９と温調対象Ｓとの間の循環流路２の第２部分２Ｂにおいて、温調対象Ｓに供給される流体Ｆの温度を調整する。第２温調装置４は、流体Ｆの温度を高精度に調整する。
ポンプ５は、タンク９と第２温調装置４との間の循環流路２に配置される。ポンプ５が駆動することにより、流体Ｆは循環流路２を循環する。
温度センサ６は、第１部分２Ａから第２部分２Ｂに供給される流体Ｆの温度Ｔ１を検出する第１温度センサ６１と、第２部分２Ｂ（第２温調装置４）の流出口Ｍｆと第１部分２Ａ（第１温調装置３）の流入口Ｍｃとの間の循環流路２の所定位置において流体Ｆ又は温調対象Ｓの温度Ｔ２を検出する第２温度センサ６２とを含む。
第２温度センサ６２により流体Ｆの温度Ｔ２が検出される循環流路２の所定位置は、第２部分２Ｂと温調対象Ｓとの間に設定された第１所定位置Ｐ１と、温調対象Ｓの流入口Ｍａと第１部分２Ａの流入口Ｍｃとの間に設定された第２所定位置Ｐ２及び第３所定位置Ｐ３とを含む。第２温度センサ６２は、第２部分２Ｂと温調対象Ｓとの間に設定された第１所定位置Ｐ１において流体Ｆの温度Ｔ２ａを検出する第２温度センサ６２Ａと、温調対象Ｓに設定された第２所定位置Ｐ２において温調対象Ｓの温度Ｔ２ｂを検出する第２温度センサ６２Ｂと、温調対象Ｓと第１部分２Ａとの間に設定された第３所定位置Ｐ３において流体Ｆの温度Ｔ２ｃを検出する第２温度センサ６２Ｃとを含む。
＜第１温調装置＞
第１温調装置３は、第１温度ＴＬの流体Ｆを貯蔵する低温温調ユニット１０Ｌと、第１温度ＴＬよりも高い第２温度ＴＨの流体Ｆを貯蔵する高温温調ユニット１０Ｈと、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９に供給される流体Ｆが流通する低温流路１１Ｌと、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９に供給される流体Ｆが流通する高温流路１１Ｈと、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌに戻される流体Ｆが流通する低温オーバーフロー流路１２Ｌと、タンク９から高温温調ユニット１０Ｈに戻される流体Ｆが流通する高温オーバーフロー流路１２Ｈと、低温流路１１Ｌを流通する流体Ｆの流量及び高温流路１１Ｈを流通する流体の流量を調整するバルブシステム１３と、を有する。
低温温調ユニット１０Ｌは、第１温度ＴＬの流体Ｆを貯蔵する。低温温調ユニット１０Ｌは、第１温度ＴＬの流体Ｆをタンク９に送出することができる。低温温調ユニット１０Ｌは、低温タンクと、低温温調器と、流体Ｆを送出させる低温ポンプとを含む。低温温調器は、熱交換器を含む。低温温調器は、流体Ｆの温度を第１温度ＴＬに調整する。第１温度ＴＬに調整された流体Ｆは、低温タンクに貯蔵される。一例として、第１温度ＴＬは５℃である。
高温温調ユニット１０Ｈは、第１温度ＴＬよりも高い第２温度ＴＨの流体Ｆを貯蔵する。高温温調ユニット１０Ｈは、第２温度ＴＨの流体Ｆをタンク９に送出することができる。高温温調ユニット１０Ｈは、高温タンクと、高温温調器と、流体Ｆを送出させる高温ポンプとを含む。高温温調器は、熱交換器を含む。高温温調器は、流体Ｆの温度を第２温度ＴＨに調整する。第２温度ＴＨに調整された流体Ｆは、高温タンクに貯蔵される。一例として、第２温度ＴＨは９０℃である。
低温流路１１Ｌは、低温温調ユニット１０Ｌとタンク９とを接続する。低温温調ユニット１０Ｌは、低温流路１１Ｌを介して、第１温度ＴＬの流体Ｆをタンク９に供給することができる。低温温調ユニット１０Ｌからタンク９に供給される流体Ｆは、低温流路１１Ｌを流通する。
高温流路１１Ｈは、高温温調ユニット１０Ｈとタンク９とを接続する。高温温調ユニット１０Ｈは、高温流路１１Ｈを介して、第２温度ＴＨの流体Ｆをタンク９に供給することができる。高温温調ユニット１０Ｈからタンク９に供給される流体Ｆは、高温流路１１Ｈを流通する。
バルブシステム１３は、低温温調ユニット１０Ｌ及び高温温調ユニット１０Ｈのそれぞれからタンク９へ流体Ｆが供給されない第１状態と、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９へ流体Ｆが供給される第２状態と、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９へ流体Ｆが供給される第３状態とを切り換え可能である。第１状態は、低温温調ユニット１０Ｌ及び高温温調ユニット１０Ｈの両方からタンク９へ流体Ｆが供給されない状態である。第２状態は、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９へ第１温度ＴＬの流体Ｆが供給され、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９へ流体Ｆが供給されない状態である。第３状態は、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９へ第２温度ＴＨの流体Ｆが供給され、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９へ流体Ｆが供給されない状態である。
また、バルブシステム１３は、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌ及び高温温調ユニット１０Ｈのそれぞれへ流体Ｆが戻されない第４状態と、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌへ流体Ｆが戻される第５状態と、タンク９から高温温調ユニット１０Ｈへ流体Ｆが戻される第６状態とを切り換え可能である。第４状態は、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌ及び高温温調ユニット１０Ｈの両方へ流体Ｆが戻されない状態である。第５状態は、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌへ流体Ｆが戻され、タンク９から高温温調ユニット１０Ｈへ流体Ｆが戻されない状態である。第６状態は、タンク９から高温温調ユニット１０Ｈへ流体Ｆが戻され、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌへ流体Ｆが戻されない状態である。
バルブシステム１３は、第１コントローラ７に制御される。第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１部分２Ａ（タンク９）から第２部分２Ｂ（第２温調装置４）に供給される流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように、第１温調装置３のバルブシステム１３を制御する。バルブシステム１３は、タンク９の流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように、バルブシステム１３を制御して、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９に向かって低温流路１１Ｌを流通する流体Ｆの流量、及び高温温調ユニット１０Ｈからタンク９に向かって高温流路１１Ｈを流通する流体Ｆの流量を調整する。
バルブシステム１３は、低温流路１１Ｌに配置される低温流量調整弁１４Ｌと、高温流路１１Ｈに配置される高温流量調整弁１４Ｈと、低温オーバーフロー流路１２Ｌに配置される低温開閉弁１５Ｌと、高温オーバーフロー流路１２Ｈに配置される高温開閉弁１５Ｈとを含む。
低温流量調整弁１４Ｌは、第１コントローラ７に制御される。第１コントローラ７は、低温流量調整弁１４Ｌを制御して、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９への流体Ｆの供給と停止とを切り換えたり、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９へ供給される流体Ｆの流量を調整したりすることができる。低温流量調整弁１４Ｌが開くことにより、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９へ第１温度ＴＬの流体Ｆが供給される。低温流量調整弁１４Ｌが閉じることにより、低温温調ユニット１０Ｌからタンク９への流体Ｆの供給が停止される。
高温流量調整弁１４Ｈは、第１コントローラ７に制御される。第１コントローラ７は、高温流量調整弁１４Ｈを制御して、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９への流体Ｆの供給と停止とを切り換えたり、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９へ供給される流体Ｆの流量を調整したりすることができる。高温流量調整弁１４Ｈが開くことにより、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９へ第２温度ＴＨの流体Ｆが供給される。高温流量調整弁１４Ｈが閉じることにより、高温温調ユニット１０Ｈからタンク９への流体Ｆの供給が停止される。
低温流量調整弁１４Ｌは、比例弁でもよいし開閉弁でもよい。比例弁は、流体Ｆの流量制御を高精度に実施することができる。そのため、低温流量調整弁１４Ｌとして比例弁が用いられる場合、タンク９における流体Ｆの温度制御を高精度に実施することができる。なお、流体Ｆの高精度な流量制御及びタンク９における流体Ｆの高精度な温度制御が要求されない場合、低温流量調整弁１４Ｌとして安価な開閉弁が用いられてもよい。同様に、高温流量調整弁１４Ｈは、比例弁でもよいし開閉弁でもよい。
低温開閉弁１５Ｌは、開閉弁である。低温開閉弁１５Ｌが開くことにより、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌへ流体Ｆが戻される。低温開閉弁１５Ｌが閉じることにより、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌへ流体Ｆは戻されない。開閉弁は、例えば電磁弁である。
高温開閉弁１５Ｈは、開閉弁である。高温開閉弁１５Ｈが開くことにより、タンク９から高温温調ユニット１０Ｈへ流体Ｆが戻される。高温開閉弁１５Ｈが閉じることにより、タンク９から高温温調ユニット１０Ｈへ流体Ｆは戻されない。開閉弁は、例えば電磁弁である。
第１コントローラ７は、流体Ｆの流通状態を第１状態にするとき、低温流量調整弁１４Ｌ及び高温流量調整弁１４Ｈのそれぞれを閉じる。これにより、低温温調ユニット１０Ｌ及び高温温調ユニット１０Ｈのそれぞれからタンク９に流体Ｆは供給されない。
第１コントローラ７は、流体Ｆの流通状態を第２状態にするとき、低温流量調整弁１４Ｌを開き、高温流量調整弁１４Ｈを閉じる。これにより、低温温調ユニット１０Ｌから送出された第１温度ＴＬの流体Ｆは、低温流路１１Ｌを介してタンク９に規定の流量で供給される。
第１コントローラ７は、流体Ｆの流通状態を第３状態にするとき、高温流量調整弁１４Ｈを開き、低温流量調整弁１４Ｌを閉じる。これにより、高温温調ユニット１０Ｈから送出された第２温度ＴＨの流体Ｆは、高温流路１１Ｈを介してタンク９に規定の流量で供給される。
第１コントローラ７は、流体Ｆの流通状態を第４状態にするとき、低温開閉弁１５Ｌ及び高温開閉弁１５Ｈのそれぞれを閉じる。これにより、タンク９から低温温調ユニット１０Ｌ及び高温温調ユニット１０Ｈのそれぞれに流体Ｆは戻されない。
第１コントローラ７は、流体Ｆの流通状態を第５状態にするとき、低温開閉弁１５Ｌを開き、高温開閉弁１５Ｈを閉じる。これにより、タンク９に収容されている流体Ｆの少なくとも一部は、低温オーバーフロー流路１２Ｌを介して低温温調ユニット１０Ｌに戻される。
第１コントローラ７は、流体Ｆの流通状態を第６状態にするとき、高温開閉弁１５Ｈを開き、低温開閉弁１５Ｌを閉じる。これにより、タンク９に収容されている流体Ｆの少なくとも一部は、高温オーバーフロー流路１２Ｈを介して高温温調ユニット１０Ｈに戻される。
＜第２温調装置＞
図２は、本実施形態に係る第２温調装置４を模式的に示す図である。第２温調装置４は、熱電モジュール６０を有する。図２に示すように、第２温調装置４は、温調流路４２を有する本体部材４０と、本体部材４０に接続される熱電モジュール６０を有する温調部５０と、温調部５０に接続される熱交換板４４と、温調部５０を駆動する駆動回路４５とを有する。
温調流路４２は、本体部材４０の内部に設けられる。タンク９からの流体Ｆは、流入口Ｍｅを介して温調流路４２に流入する。温調流路４２を流通した流体Ｆは、流出口Ｍｆを介して温調流路４２から流出する。温調流路４２から流出した流体Ｆは、温調対象Ｓに供給される。
温調部５０は、本体部材４０を介して、温調流路４２を流通する流体Ｆの温度を調整する。温調部５０は、熱電モジュール６０を有する。温調部５０は、熱電モジュール６０を用いて、流体Ｆの温度を調整する。
熱電モジュール６０は、吸熱又は発熱して、温調流路４２を流通する流体Ｆの温度を調整する。熱電モジュール６０は、電力の供給により吸熱又は発熱する。熱電モジュール６０は、ペルチェ効果により、吸熱又は発熱する。
熱交換板４４は、温調部５０と熱交換する。熱交換板４４は、温調用媒体が流通する内部流路（不図示）を有する。温調用媒体は、媒体温度制御装置（不図示）により温度調整された後、熱交換板４４の内部流路に流入する。温調用媒体は、内部流路を流通して、熱交換板４４から熱を奪ったり、熱交換板４４に熱を与えたりする。温調用媒体は、内部流路から流出し、流体温度制御装置に戻される。
図３は、本実施形態に係る温調部５０の一部を拡大した断面図である。図３に示すように、温調部５０は、複数の熱電モジュール６０と、複数の熱電モジュール６０を収容するケース５１とを有する。ケース５１の一端面と本体部材４０とが接続される。ケース５１の他端面と熱交換板４４とが接続される。
熱電モジュール６０は、第１電極６５と、第２電極６６と、熱電半導体素子６３とを有する。熱電半導体素子６３は、ｐ型熱電半導体素子６３Ｐと、ｎ型熱電半導体素子６３Ｎとを含む。第１電極６５は、ｐ型熱電半導体素子６３Ｐ及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎのそれぞれに接続される。第２電極６６は、ｐ型熱電半導体素子６３Ｐ及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎのそれぞれに接続される。第１電極６５は、本体部材４０に隣接する。第２電極６６は、熱交換板４４に隣接する。ｐ型熱電半導体素子６３Ｐの一方の端面及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎの一方の端面のそれぞれは、第１電極６５に接続される。ｐ型熱電半導体素子６３Ｐの他方の端面及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎの他方の端面のそれぞれは、第２電極６６に接続される。
熱電モジュール６０は、ペルチェ効果により、吸熱又は発熱する。駆動回路４５は、熱電モジュール６０を吸熱又は発熱させるための電力を熱電モジュール６０に供給する。駆動回路４５は、第１電極６５と第２電極６６との間に電位差を与える。第１電極６５と第２電極６６との間に電位差が与えられると、熱電半導体素子６３において電荷が移動する。電荷の移動により、熱電半導体素子６３において熱が移動する。これにより、熱電モジュール６０は、吸熱又は発熱する。例えば、第１電極６５が発熱し、第２電極６６が吸熱するように、第１電極６５と第２電極６６との間に電位差が与えられると、温調流路４２を流通する流体Ｆは加熱される。第１電極６５が吸熱し、第２電極６６が発熱するように、第１電極６５と第２電極６６との間に電位差が与えられると、温調流路４２を流通する流体Ｆは冷却される。
駆動回路４５は、熱電モジュール６０に電力（電位差）を与える。駆動回路４５は、第２コントローラ８に制御される。第２コントローラ８は、駆動回路４５を制御することにより、熱電モジュール６０を制御する。熱電モジュール６０に与えられる電力が調整されることにより、熱電モジュール６０による吸熱量又は発熱量が調整される。熱電モジュール６０による吸熱量又は発熱量が調整されることにより、温調流路４２を流通する流体Ｆの温度が調整される。
第２コントローラ８は、第２温度センサ６２の検出値に基づいて、循環流路２の所定位置において流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４の熱電モジュール６０を制御する。
＜制御方法＞
図４は、本実施形態に係る温度制御システム１を示すブロック図である。本実施形態においては、第２温調装置４と温調対象Ｓとの間の第１所定位置Ｐ１における流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法について説明する。
図４に示すように、温度制御システム１は、温調対象Ｓを含む循環流路２と、循環流路２の第１部分２Ａに第１温度ＴＬの流体Ｆ及び第１温度ＴＬよりも高い第２温度ＴＨの流体Ｆの少なくとも一方を供給して第１部分２Ａの流体Ｆの温度を調整する第１温調装置３と、第１部分２Ａと温調対象Ｓとの間の循環流路２の第２部分２Ｂにおいて温調対象Ｓに供給される流体Ｆの温度を調整する第２温調装置４と、第１部分２Ａから第２部分２Ｂに供給される流体Ｆの温度を検出する第１温度センサ６１と、第２部分２Ｂと温調対象Ｓとの間の循環流路２の第１所定位置Ｐ１において流体Ｆの温度を検出する第２温度センサ６２Ａと、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１部分２Ａから第２部分２Ｂに供給される流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように第１温調装置３を制御する第１コントローラ７と、第２温度センサ６２Ａの検出値に基づいて、第２部分２Ｂと温調対象Ｓとの間の循環流路２の第１所定位置Ｐ１において流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように第２温調装置４を制御する第２コントローラ８と、を備える。
第１温調装置３と第２温調装置４とは、循環流路２において直列に結合される。第２温調装置４の流出口Ｍｆは、循環流路２の流路を介して、温調対象Ｓの流入口Ｍａに接続される。温調対象Ｓの流出口Ｍｂは、循環流路２の流路を介して、第１温調装置３の流入口Ｍｃに接続される。
第１温調装置３の応答速度は、温調対象Ｓの応答速度よりも遅い。第２温調装置４の応答速度は、温調対象Ｓの応答速度よりも速い。第１温調装置３の温度制御可能範囲は、第２温調装置４の温度制御可能範囲よりも大きい。
温調対象Ｓがプラズマ処理装置のウエハホルダである場合、温調対象Ｓはプラズマによる熱外乱を受ける。温調対象Ｓが熱外乱を受けると、循環流路２の少なくとも一部の流体Ｆの温度が上昇する可能性がある。温度制御システム１は、温調対象Ｓが熱外乱を受けても、流体Ｆの温度の変動を抑制する。
第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１温調装置３から流出する流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように、第１温調装置３をフィードバック制御する。すなわち、第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値である温度Ｔ１をフィードバックして、第１目標温度ＳＶ１との偏差から操作量ＭＶ１を算出し、操作量ＭＶ１に基づいて、第１温調装置３を制御する。
第２コントローラ８は、第２温度センサ６２Ａの検出値に基づいて、第２温調装置４から流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードバック制御する。すなわち、第２コントローラ８は、第２温度センサ６２Ａの検出値である温度Ｔ２ａをフィードバックして、第２目標温度ＳＶ２との偏差から操作量ＭＶ２を算出し、操作量ＭＶ２に基づいて、第２温調装置４を制御する。
第１コントローラ７により制御される流体Ｆの温度は、所謂、第１温調装置３の出口温度である。なお、第１コントローラ７により制御される流体Ｆの温度は、所謂、第２温調装置４の入口温度とみなされてもよい。
第２コントローラ８により制御される流体Ｆの温度は、所謂、温調対象Ｓの入口温度である。なお、第２コントローラ８により制御される流体Ｆの温度は、所謂、第２温調装置４の出口温度とみなされてもよい。
第２目標温度ＳＶ２は、温調対象Ｓの目標温度である。温調対象Ｓの目標温度は、変更される。温調対象Ｓがプラズマ処理装置のウエハホルダである場合、温調対象Ｓの目標温度は、プラズマ処理のプロセスに基づいて決定される。温調対象Ｓの目標温度は、例えば２０℃、６０℃、８０℃のように、プラズマ処理のプロセス中に変更される。
本実施形態において、第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２に基づいて決定される。第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２の関数である。
第２コントローラ８は、第２目標温度ＳＶ２に基づいて第１目標温度ＳＶ１を決定して、第１コントローラ７に出力する。なお、第１目標温度ＳＶ１の決定は、第１コントローラ７により実施されてもよい。
本実施形態において、第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２と、第２温調装置４の温調能力に係る規定値αとに基づいて決定される。規定値αは、ゼロ又は正の数である（α≧０）。本実施形態において、［ＳＶ１＝ＳＶ２−α］である。
本実施形態において、第２温調装置４は、熱電モジュール６０を有する。熱電モジュール６０の温度調整可能範囲は、低温度において大きく、高温度において小さい。規定値αは、第２目標温度ＳＶ２が低いほど大きい値に設定され、第２目標温度ＳＶ２が高いほど小さい値に設定される。
図５は、本実施形態に係る規定値αを説明するための図である。図５に示すように、規定値αは、第２目標温度ＳＶ２が高くなるほど低くなるように設定される。例えば、第２目標温度ＳＶ２が２０℃である場合、規定値αは、値α１に決定される。第２目標温度ＳＶ２が８０℃である場合、規定値αは、値α１よりも小さい値α２に決定される。規定値αと第２目標温度ＳＶ２との関係は、第２温調装置４の温調能力（スペック）に基づいて決定される既知データである。
第２目標温度ＳＶ２が２０℃である場合、第１目標温度ＳＶ１は［ＳＶ２−α１］になる。第２目標温度ＳＶ２が８０℃である場合、第１目標温度ＳＶ１は［ＳＶ２−α２］になる。［ＳＶ２−α１］＜［ＳＶ２−α２］の関係が成立する。第２目標温度ＳＶ２が低いほど、第１目標温度ＳＶ１と第２目標温度ＳＶ２との差は大きくなる。第２目標温度ＳＶ２が高いほど、第１目標温度ＳＶ１と第２目標温度ＳＶ２との差は小さくなる。すなわち、第２目標温度ＳＶ２が低いほど、第１温調装置３により調整される流体Ｆの温度は、第２目標温度ＳＶ２（温調対象Ｓの目標温度）から離れていても許容される。第２目標温度ＳＶ２が高いほど、第１温調装置３により調整される流体Ｆの温度は、第２目標温度ＳＶ２（温調対象Ｓの目標温度）に近い必要がある。
第２目標温度ＳＶ２が低いとき、熱電モジュール６０の温度調整可能範囲は大きいので、第１温調装置３により調整される流体Ｆの温度が第２目標温度ＳＶ２から離れていても、第２温調装置４は、第１温調装置３から供給された流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２に調整することができる。
第２目標温度ＳＶ２が高いとき、第１温調装置３により調整される流体Ｆの温度が第２目標温度ＳＶ２に近付いているので、熱電モジュール６０の温度調整可能範囲が小さくても、第２温調装置４は、第１温調装置３から供給された流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２に調整することができる。
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、循環流路２を循環する流体Ｆで温調対象Ｓの温度を調整する場合、循環流路２に第１温調装置３と第２温調装置４とが設けられる。これにより、温度制御システム１は、流体Ｆの温度を高精度に制御することができる。
上述のように、プロセス中において、温調対象Ｓの目標温度（第２目標温度ＳＶ２）は、変更される場合がある。温調対象Ｓの目標温度の変更時においては、温度調整可能範囲が大きい第１温調装置３が流体Ｆの温度を温調対象Ｓの目標温度近傍まで調整し、応答速度が高い第２温調装置４が流体Ｆの温度を微調整して温調対象Ｓの目標温度に整定させる。これにより、温調対象Ｓに供給される流体Ｆの温度は、温調対象Ｓの目標温度に高精度に制御される。また、温調対象Ｓが熱外乱を受けた場合、第１温調装置３が流体Ｆの温度の変動を減衰させ、第２温調装置４が流体Ｆの温度を微調整することができる。
第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２と規定値αとに基づいて決定される。これにより、第２温調装置４は、流体Ｆの温度を適正に微調整することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図６は、本実施形態に係る温度制御システム１を示すブロック図である。本実施形態においては、温調対象Ｓの流入口Ｍａと第１温調装置３の流入口Ｍｃとの間の第２所定位置Ｐ２における温調対象Ｓ又は第３所定位置Ｐ３における流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法について説明する。第２所定位置Ｐ２は、温調対象Ｓに設定される。第３所定位置Ｐ３は、温調対象Ｓの流出口Ｍｂと第１温調装置３の流入口Ｍｃとの間に設定される。以下、第３所定位置Ｐ３における流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法について説明する。なお、第２所定位置Ｐ２における温調対象Ｓを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法も同様である。
図６に示すように、温度制御システム１は、温調対象Ｓを含む循環流路２と、循環流路２の第１部分２Ａに第１温度ＴＬの流体Ｆ及び第１温度ＴＬよりも高い第２温度ＴＨの流体Ｆの少なくとも一方を供給して第１部分２Ａの流体Ｆの温度を調整する第１温調装置３と、第１部分２Ａと温調対象Ｓとの間の循環流路２の第２部分２Ｂにおいて温調対象Ｓに供給される流体Ｆの温度を調整する第２温調装置４と、第１部分２Ａから第２部分２Ｂに供給される流体Ｆの温度を検出する第１温度センサ６１と、温調対象Ｓと第１温調装置３の間の循環流路２の第３所定位置Ｐ３において流体Ｆの温度を検出する第２温度センサ６２Ｃと、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１部分２Ａから第２部分２Ｂに供給される流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように第１温調装置３を制御する第１コントローラ７と、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、温調対象Ｓと第１温調装置３の間の循環流路２の第３所定位置Ｐ３において流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように第２温調装置４を制御する第２コントローラ８と、を備える。
第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１温調装置３から流出する流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように、第１温調装置３をフィードバック制御する。すなわち、第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値である温度Ｔ１をフィードバックして、第１目標温度ＳＶ１との偏差から操作量ＭＶ１を算出し、操作量ＭＶ１に基づいて、第１温調装置３を制御する。
第２コントローラ８は、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、第２温調装置４から流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードバック制御する。すなわち、第２コントローラ８は、第２温度センサ６２Ｃの検出値である温度Ｔ２ｃをフィードバックして、第２目標温度ＳＶ２との偏差から操作量ＭＶ２を算出し、操作量ＭＶ２に基づいて、第２温調装置４を制御する。
第１コントローラ７により制御される流体Ｆの温度は、所謂、第１温調装置３の出口温度である。なお、第１コントローラ７により制御される流体Ｆの温度は、所謂、第２温調装置４の入口温度とみなされてもよい。
第２コントローラ８により制御される流体Ｆの温度は、所謂、温調対象Ｓの出口温度である。なお、第２コントローラ８により制御される流体Ｆの温度は、所謂、第１温調装置３の入口温度とみなされてもよい。なお、第２所定位置Ｐ２における流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２にする場合、第２コントローラ８により制御される流体Ｆの温度は、温調対象Ｓの温度である。
第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２に基づいて決定される。本実施形態において、第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２と、第２温調装置４の温調能力に係る規定値αと、第２温度センサ６２Ｃの検出値とに基づいて決定される。規定値αは、上述の実施形態で説明した規定値αと同様である。本実施形態において、［ＳＶ１＝ＳＶ２−α＋（ＳＶ２−Ｔ２ｃ）］である。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２と、第２温調装置４の温調能力に係る規定値αと、第２温度センサ６２Ｃの検出値である温度Ｔ２ｃとに基づいて決定される。例えば熱外乱により、温調対象Ｓから流出する流体Ｆの温度Ｔ２ｃが変動する可能性がある。本実施形態によれば、第１目標温度ＳＶ１は、温度Ｔ２ｃの変動を考慮して決定される。これにより、例えばプロセス中において、温調対象Ｓの目標温度が変更されても、温度制御システム１は、第１温調装置３及び第２温調装置４を用いて、流体Ｆの温度を高精度に制御することができる。
［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図７は、本実施形態に係る温度制御システム１を示すブロック図である。本実施形態においても、温調対象Ｓの流出口Ｍｂと第１温調装置３の流入口Ｍｃとの間に設定された第３所定位置Ｐ３における流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法について説明する。なお、第２所定位置Ｐ２における温調対象Ｓを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法も同様である。
図７に示すように、温度制御システム１は、温調対象Ｓを含む循環流路２と、第１温調装置３と、第２温調装置４と、第１温度センサ６１と、第２温度センサ６２Ｃと、第１コントローラ７と、第２コントローラ８と、を備える。
本実施形態において、第２コントローラ８は、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、第２温調装置４に制御指令を出力するフィードバック制御部８１と、温調対象Ｓに入力される熱外乱駆動信号ｄと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、第２温調装置４に制御指令を出力するフィードフォワード制御部８２とを有する。
フィードバック制御部８１は、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、第２温調装置４から流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードバック制御する。すなわち、フィードバック制御部８１は、第２温度センサ６２Ｃの検出値である温度Ｔ２ｃをフィードバックして、第２目標温度ＳＶ２との偏差から操作量ＭＶ２ａを算出する。
フィードフォワード制御部８２は、温調対象Ｓに入力される熱外乱駆動信号ｄと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、温調対象Ｓから流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードフォワード制御する。
熱外乱駆動信号ｄとは、温調対象Ｓが受ける熱外乱を発生させる信号をいう。温調対象Ｓがプラズマ処理装置のウエハホルダである場合、プラズマを発生させるための熱外乱駆動信号ｄがプラズマ処理装置に入力される。熱外乱駆動信号ｄがプラズマ処理装置に入力されることにより、プラズマが発生し、温調対象Ｓは、プラズマによる熱外乱を受ける。熱外乱駆動信号ｄと温調対象Ｓが受ける熱外乱との関係は、実験等により導出される既知データである。
温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルは、実験又はシミュレーションにより導出され、フィードフォワード制御部８２に記憶される。フィードフォワード制御部８２は、温調対象Ｓの動特性モデルに熱外乱駆動信号ｄを入力することにより、温調対象Ｓから流出する流体Ｆの温度を予測することができる。また、フィードフォワード制御部８２は、第２温調装置４の動特性モデルに基づいて、温調対象Ｓから流出する流体Ｆの温度を第２目標温度ＳＶ２にするための操作量ＭＶ２ｂを算出することができる。すなわち、フィードフォワード制御部８２は、温調対象Ｓに入力される熱外乱駆動信号ｄと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、温調対象Ｓが受ける熱外乱を打ち消す操作量ＭＶ２ｂを算出することができる。
第２コントローラ８は、フィードバック制御部８１により算出された操作量ＭＶ２ａと、フィードフォワード制御部８２により算出された操作量ＭＶ２ｂとを加算して、操作量ＭＶ２を算出し、操作量ＭＶ２に基づいて、第２温調装置４を制御する。
なお、熱外乱駆動信号ｄがゼロの場合、フィードフォワード制御部８２は、操作量ＭＶ２ｂを算出しない。
第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１温調装置３から流出する流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように、第１温調装置３をフィードバック制御する。すなわち、第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値である温度Ｔ１をフィードバックして、第１目標温度ＳＶ１との偏差から操作量ＭＶ１を算出し、操作量ＭＶ１に基づいて、第１温調装置３を制御する。
第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２に基づいて決定される。上述の第２実施形態と同様、第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２と、第２温調装置４の温調能力に係る規定値αと、第２温度センサ６２Ｃの検出値とに基づいて決定される。本実施形態においても、［ＳＶ１＝ＳＶ２−α＋（ＳＶ２−Ｔ２ｃ）］である。
以上説明したように、本実施形態によれば、第２コントローラ８は、フィードバック制御部８１とフィードフォワード制御部８２とを有する。フィードフォワード制御部８２は、温調対象Ｓが受ける熱外乱を考慮して、第２温調装置４を制御することができる。したがって、温度制御システム１は、第１温調装置３及び第２温調装置４を用いて、流体Ｆの温度を高精度に制御することができる。
［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図８は、本実施形態に係る温度制御システム１を示すブロック図である。本実施形態においても、温調対象Ｓの流出口Ｍｂと第１温調装置３の流入口Ｍｃとの間に設定された第３所定位置Ｐ３における流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法について説明する。なお、第２所定位置Ｐ２における温調対象Ｓを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法も同様である。
図８に示すように、温度制御システム１は、温調対象Ｓを含む循環流路２と、第１温調装置３と、第２温調装置４と、第１温度センサ６１と、第２温度センサ６２Ｃと、第１コントローラ７と、第２コントローラ８と、を備える。
本実施形態において、第２コントローラ８は、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、第２温調装置４に制御指令を出力するフィードバック制御部８１と、温調対象Ｓに入力される予定の熱外乱駆動未来信号ｄｆと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、第２温調装置４に制御指令を出力する予見フィードフォワード制御部８３とを有する。
フィードバック制御部８１は、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、第２温調装置４から流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードバック制御する。すなわち、フィードバック制御部８１は、第２温度センサ６２Ｃの検出値である温度Ｔ２ｃをフィードバックして、第２目標温度ＳＶ２との偏差から操作量ＭＶ２ａを算出する。
予見フィードフォワード制御部８３は、温調対象Ｓに入力される予定の熱外乱駆動未来信号ｄｆと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、温調対象Ｓから流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードフォワード制御する。
熱外乱駆動未来信号ｄｆとは、温調対象Ｓが受ける熱外乱を発生させる予定の信号をいう。温調対象Ｓがプラズマ処理装置のウエハホルダである場合、プラズマを発生させるための熱外乱駆動信号ｄがプラズマ処理装置に入力される。熱外乱駆動信号ｄがプラズマ処理装置に入力されることにより、プラズマが発生し、温調対象Ｓは、プラズマによる熱外乱を受ける。熱外乱駆動信号ｄと温調対象Ｓが受ける熱外乱との関係は、実験等により導出される既知データである。また、熱外乱駆動信号ｄは、プロセスのレシピとして作成されている。熱外乱駆動未来信号ｄｆは、プラズマ処理装置に実際に入力される時刻よりも未来の時刻に入力が予定されている熱外乱駆動信号ｄである。すなわち、熱外乱駆動信号ｄがプラズマ処理装置に実際に入力される時刻をｔ０とした場合、熱外乱駆動未来信号ｄｆは、時刻ｔ０よりもある数のステップだけ未来の時刻ｔ１に入力が予定されている熱外乱駆動信号ｄである。熱外乱駆動未来信号ｄｆは、プロセスのレシピから導出される。
フィードフォワード制御部８２は、温調対象Ｓに入力される予定の熱外乱駆動未来信号ｄｆと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、未来の時刻ｔ１において温調対象Ｓが受ける予定の熱外乱を打ち消す操作量ＭＶ２ｃを算出することができる。
第２コントローラ８は、フィードバック制御部８１により算出された操作量ＭＶ２ａと、フィードフォワード制御部８２により算出された操作量ＭＶ２ｃとを加算して、操作量ＭＶ２を算出し、操作量ＭＶ２に基づいて、第２温調装置４を制御する。
第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１温調装置３から流出する流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように、第１温調装置３をフィードバック制御する。すなわち、第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値である温度Ｔ１をフィードバックして、第１目標温度ＳＶ１との偏差から操作量ＭＶ１を算出し、操作量ＭＶ１に基づいて、第１温調装置３を制御する。
第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２に基づいて決定される。上述の第２実施形態と同様、第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２と、第２温調装置４の温調能力に係る規定値αと、第２温度センサ６２Ｃの検出値とに基づいて決定される。本実施形態においても、［ＳＶ１＝ＳＶ２−α＋（ＳＶ２−Ｔ２ｃ）］である。
以上説明したように、本実施形態によれば、第２コントローラ８は、フィードバック制御部８１と予見フィードフォワード制御部８３とを有する。予見フィードフォワード制御部８３は、温調対象Ｓが受ける予定の熱外乱を考慮して、第２温調装置４を制御することができる。したがって、温度制御システム１は、第１温調装置３及び第２温調装置４を用いて、流体Ｆの温度を高精度に制御することができる。
なお、上述の第１実施形態から第４実施形態において、規定値αは、第２目標温度ＳＶ２に基づいて変化する変数であることとした。規定値αは、定数でもよい。
［第５実施形態］
第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図９は、本実施形態に係る温度制御システム１を示すブロック図である。本実施形態においても、温調対象Ｓの流出口と第１温調装置３の流入口との間に設定された第３所定位置Ｐ３における流体Ｆを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法について説明する。なお、第２所定位置Ｐ２における温調対象Ｓを第２目標温度ＳＶ２にするための制御方法も同様である。
図９に示すように、温度制御システム１は、温調対象Ｓを含む循環流路２と、第１温調装置３と、第２温調装置４と、第１温度センサ６１と、第２温度センサ６２Ｃと、第１コントローラ７と、第２コントローラ８と、を備える。
上述の第３実施形態と同様、第２コントローラ８は、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、第２温調装置４に制御指令を出力するフィードバック制御部８１と、温調対象Ｓに入力される熱外乱駆動信号ｄと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、第２温調装置４に制御指令を出力するフィードフォワード制御部８２とを有する。また、第２コントローラ８は、ローパスフィルタ８４を有する。
フィードバック制御部８１は、第２温度センサ６２Ｃの検出値に基づいて、第２温調装置４から流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードバック制御する。すなわち、フィードバック制御部８１は、第２温度センサ６２Ｃの検出値である温度Ｔ２ｃをフィードバックして、第２目標温度ＳＶ２との偏差から操作量ＭＶ２ａを算出する。
フィードフォワード制御部８２は、温調対象Ｓに入力される熱外乱駆動信号ｄと、温調対象Ｓの動特性モデル及び第２温調装置４の動特性モデルとに基づいて、温調対象Ｓから流出する流体Ｆが第２目標温度ＳＶ２になるように、第２温調装置４をフィードフォワード制御する。
第２コントローラ８は、フィードバック制御部８１により算出された操作量ＭＶ２ａと、フィードフォワード制御部８２により算出された操作量ＭＶ２ｂとを加算して、操作量ＭＶ２を算出し、操作量ＭＶ２に基づいて、第２温調装置４を制御する。
第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値に基づいて、第１温調装置３から流出する流体Ｆが第１目標温度ＳＶ１になるように、第１温調装置３をフィードバック制御する。すなわち、第１コントローラ７は、第１温度センサ６１の検出値である温度Ｔ１をフィードバックして、第１目標温度ＳＶ１との偏差から操作量ＭＶ１を算出し、操作量ＭＶ１に基づいて、第１温調装置３を制御する。
ローパスフィルタ８４は、第１目標温度ＳＶ１の決定に使用される熱外乱駆動信号ｄの高周波成分をカットした信号ｄｃを生成する。熱外乱駆動信号ｄが急激に変化しても、ローパスフィルタ８４により、第１目標温度ＳＶ１が急激に変化することが抑制される。
第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２に基づいて決定される。本実施形態において、第１目標温度ＳＶ１は、第２目標温度ＳＶ２と、熱外乱駆動信号ｄとに基づいて決定される。本実施形態において、［ＳＶ１＝ＳＶ２−ｄｃ×β］である。なお、βは換算係数である。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１目標温度ＳＶ１は第２目標温度ＳＶ２と、熱外乱駆動信号ｄとに基づいて決定される。熱外乱の大きさによっては、第２温調装置４の温調能力が不足する場合がある。第２温調装置４の温調能力の不足を第１温調装置３で補うために、第１目標温度ＳＶ１の決定に熱外乱駆動信号ｄが使用される。熱外乱駆動信号ｄが大きくなった場合、第１目標温度ＳＶ１は低くなる。これにより、第１温調装置３は、第２温調装置４の温調能力の不足を補うことができる。
なお、第２コントローラ８は、上述の第４実施形態で説明したような、予見フィードフォワード制御部８３を有してもよい。
［その他の実施形態］
上述の実施形態においては、第１温調装置３が流体Ｆを供給する第１部分２Ａは、循環流路２に配置されたタンク９であることとした。第１温調装置３が流体Ｆを供給する第１部分２Ａは、循環流路２の一部でもよい。
１…温度制御システム、２…循環流路、２Ａ…第１部分、２Ｂ…第２部分、３…第１温調装置、４…第２温調装置、５…ポンプ、６…温度センサ、７…第１コントローラ、８…第２コントローラ、９…タンク、１０Ｌ…低温温調ユニット、１０Ｈ…高温温調ユニット、１１Ｌ…低温流路、１１Ｈ…高温流路、１２Ｌ…低温オーバーフロー流路、１２Ｈ…高温オーバーフロー流路、１３…バルブシステム、１４Ｌ…低温流量調整弁、１４Ｈ…高温流量調整弁、１５Ｌ…低温開閉弁、１５Ｈ…高温開閉弁、４０…本体部材、４２…温調流路、４４…熱交換板、４５…駆動回路、５０…温調部、５１…ケース、６０…熱電モジュール、６１…第１温度センサ、６２…第２温度センサ、６２Ａ…第２温度センサ、６２Ｂ…第２温度センサ、６２Ｃ…第２温度センサ、６３…熱電半導体素子、６３Ｐ…ｐ型熱電半導体素子、６３Ｎ…ｎ型熱電半導体素子、６５…第１電極、６６…第２電極、８１…フィードバック制御部、８２…フィードフォワード制御部、８３…予見フィードフォワード制御部、８４…ローパスフィルタ、ｄ…熱外乱駆動信号、ｄｆ…熱外乱駆動未来信号、Ｆ…流体、Ｍａ…流入口、Ｍｂ…流出口、Ｍｃ…流入口、Ｍｄ…流出口、Ｍｅ…流入口、Ｍｆ…流出口、ＭＶ１…操作量、ＭＶ２…操作量、Ｐ１…第１所定位置、Ｐ２…第２所定位置、Ｐ３…第３所定位置、ＳＶ１…第１目標温度、ＳＶ２…第２目標温度、Ｓ…温調対象、Ｔ１…温度、Ｔ２ａ…温度、Ｔ２ｂ…温度、Ｔ２ｃ…温度。

Claims (12)

  1. 温調対象を含み流体が流通する循環流路と、
    前記循環流路の第１部分に第１温度の流体及び前記第１温度よりも高い第２温度の流体の少なくとも一方を供給して前記第１部分の流体の温度を調整する第１温調装置と、
    前記第１部分と前記温調対象との間の前記循環流路の第２部分において前記温調対象に供給される流体の温度を調整する第２温調装置と、
    前記第１部分から前記第２部分に供給される流体の温度を検出する第１温度センサと、
    前記第２部分の流出口と前記第１部分の流入口との間の前記循環流路の所定位置において前記流体又は前記温調対象の温度を検出する第２温度センサと、
    前記第１温度センサの検出値に基づいて、前記第１部分から前記第２部分に供給される前記流体が第１目標温度になるように前記第１温調装置を制御する第１コントローラと、
    前記第２温度センサの検出値に基づいて、前記所定位置において前記流体が第２目標温度になるように前記第２温調装置を制御する第２コントローラと、を備え、
    前記第１目標温度は、前記第２目標温度に基づいて決定される、
    温度制御システム。
  2. 前記所定位置は、前記第２部分と前記温調対象との間に設定され、
    前記第１目標温度は、前記第２目標温度と前記第２温調装置の温調能力に係る規定値とに基づいて決定される、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  3. 前記所定位置は、前記温調対象の流入口と前記第１温調装置の流入口との間に設定され、
    前記第１目標温度は、前記第２目標温度と前記第２温調装置の温調能力に係る規定値と前記第２温度センサの検出値とに基づいて決定される、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  4. 前記所定位置は、前記温調対象の流入口と前記第１温調装置の流入口との間に設定され、
    前記第２コントローラは、
    前記第２温度センサの検出値に基づいて、前記第２温調装置に制御指令を出力するフィードバック制御部と、
    前記温調対象に入力される熱外乱駆動信号と前記温調対象の動特性モデル及び前記第２温調装置の動特性モデルとに基づいて、前記第２温調装置に制御指令を出力するフィードフォワード制御部とを有する、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  5. 前記所定位置は、前記温調対象の流入口と前記第１温調装置の流入口との間に設定され、
    前記第２コントローラは、
    前記第２温度センサの検出値に基づいて、前記第２温調装置に制御指令を出力するフィードバック制御部と、
    前記温調対象に入力される予定の熱外乱駆動未来信号と前記温調対象の動特性モデル及び前記第２温調装置の動特性モデルとに基づいて、前記第２温調装置に制御指令を出力する予見フィードフォワード制御部とを有する、
    請求項１に記載の温度制御システム。
  6. 前記第１目標温度は、前記第２目標温度と前記第２温調装置の温調能力に係る規定値と前記第２温度センサの検出値とに基づいて決定される、
    請求項４又は請求項５に記載の温度制御システム。
  7. 前記規定値は、前記第２目標温度が低いほど大きい値に設定され、前記第２目標温度が高いほど小さい値に設定される、
    請求項２、３、６のいずれか一項に記載の温度制御システム。
  8. 前記第１目標温度は、前記第２目標温度と前記熱外乱駆動信号とに基づいて決定される、
    請求項４に記載の温度制御システム。
  9. 前記第１温調装置による温度調整可能範囲は、前記第２温調装置による温度調整可能範囲よりも大きく、
    前記第２温調装置の応答速度は、前記第１温調装置の応答速度よりも高い、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の温度制御システム。
  10. 前記第１温調装置は、
    前記第１温度の流体を貯蔵する低温温調ユニットと、
    前記第２温度の流体を貯蔵する高温温調ユニットと、
    前記低温温調ユニットから前記第１部分に供給される流体が流通する低温流路と、
    前記高温温調ユニットから前記第１部分に供給される流体が流通する高温流路と、
    前記低温流路を流通する流体の流量及び前記高温流路を流通する流体の流量を調整するバルブシステムと、を有し、
    前記第１コントローラは、前記バルブシステムを制御する、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の温度制御システム。
  11. 前記第１部分は、前記循環流路に配置されたタンクを含む、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の温度制御システム。
  12. 前記第２温調装置は、熱電モジュールを有し、
    前記第２コントローラは、前記熱電モジュールを制御する、
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の温度制御システム。
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