JP2024066266A - 温調システム、異常判定方法および異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理装置の異常可能性をより正確に判定できる温調システムを提供すること。【解決手段】温調システムが、熱処理装置の熱処理温度を制御する温度調節器と、熱処理装置の異常を判定する異常判定装置とを備える。異常判定装置が、熱処理温度が整定状態であるとき、および、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な第１取得部と、第１取得部で取得された特徴量が第１閾値を超えた場合に、熱処理装置が異常であると判定する第１判定部とを含む。【選択図】図８

Description

本開示は、温調システム、異常判定方法および異常判定装置に関する。

特許文献１には、制御の整定に関する不具合を検知したり予知したりする不具合検知システムが開示されている。

特開２０１５－６９６１２号公報

特許文献１の不具合検知システムには、熱処理装置の異常可能性を正確に判定する点において、改善の余地がある。

本開示は、熱処理装置の異常可能性をより正確に判定できる温調システム、異常判定方法および異常判定装置を提供することにある。

本開示の一態様の温調システムは、
熱処理装置の熱処理温度を制御する温度調節器と、
前記熱処理装置の異常を判定する異常判定装置と
を備え、
前記異常判定装置が、
前記熱処理温度が整定状態であるとき、および、外乱を受けたときの前記熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な第１取得部と、
前記第１取得部で取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する第１判定部と
を含む。

「温度整定時」とは、熱処理装置の熱処理温度が、温度目標値を基準として予め定めた整定温度幅内に連続して一定時間以上留まっている状態をいう。

「制御波形」とは、温度、操作量、電流等の温度制御に関わる時系列データをいう。「制御波形」は、例えば、時間軸を横軸として、温度制御にかかわる時系列データをグラフ化することで表される。

「外乱」とは、制御系の状態（例えば、温度または操作量）を乱そうとする外的作用をいう。「外乱」には、例えば、周期的な外乱（周期外乱）が含まれる。周期外乱は、主に熱処理装置の処理プロセスのイベントに伴って繰り返し類似のパターンとして発生する「温度変化の原因」となる。「外乱」には、「ワークまたは薬液の投入」、「装置扉の開閉」、「目標温度変更」、「排気量またはガス圧の変更」等が含まれる。

本開示の一態様の異常判定方法は、
温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得し、
取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する。

本開示の一態様の異常判定装置は、
温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な第１取得部と、
前記第１取得部で取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する判定部と
を備える。

前記態様の温調システム、異常判定方法および異常判定装置によれば、熱処理装置の異常可能性をより正確に判定できる。

本開示の一実施形態の温調システムを示すブロック図。 特徴量の一例を説明するための第１のグラフ。 特徴量の一例を説明するための第２のグラフ。 特徴量の一例を説明するための第３のグラフ。 特徴量の一例を説明するための第４のグラフ。 特徴量の一例を説明するための第５のグラフ。 特徴量の一例を説明するための第６のグラフ。 図１の温調システムの異常判定処理の一例における上位コントローラの処理の一例を説明するためのフローチャート。 図１の温調システムの異常判定処理における温度調節器の処理の一例を説明するためのフローチャート。 図１の温調システムの閾値設定処理の一例を説明するためのフローチャート。 図１の温調システムの第１の変形例を示す部分ブロック図。 図１１の温調システムの昇温時の傾き値サンプリング処理の一例を説明するためのフローチャート。 図１の温調システムの第２の変形例を示すブロック図。

以下、本開示の一例を添付図面に従って説明する。以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、本開示の適用物、または、本開示の用途を制限することを意図するものではない。図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。

本開示の一実施形態の温調システム１は、図１に示すように、温度調節器１０と、異常判定装置３０を含む上位コントローラ（コントローラの一例）２０とを備える。本実施形態では、温調システム１は、閾値設定部４０を備える。温度調節器１０は、ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）１１０を介して、熱処理装置１００の熱処理温度を制御する。ＳＳＲ１１０には、ヒータ電源１２０が接続されている。ＳＳＲ１１０を介して、熱処理装置１００に電力が供給される。熱処理装置１００は、ウェハ等の熱処理対象物１０１に対して熱処理を行う。熱処理装置１００の熱処理温度は、温度センサ１３０により検出され、アナログ信号として温度調節器１０に送信される。

温度調節器１０は、例えば、プロセッサ１７、記憶部１８および通信部１９を含む。プロセッサ１７は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等を含む。記憶部１８は、例えば、内部記録媒体または外部記録媒体で構成されている。内部記録媒体は、不揮発メモリ等を含む。外部記録媒体は、ハードディスク（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、光ディスク装置等を含む。通信部１９は、例えば、サーバ等の外部装置との間でデータの送受信を行うための通信回路または通信モジュールで構成されている。

温度調節器１０は、Ａ／Ｄ変換部１１、温度制御部１２、特徴量計測部１３および受信部１４を含む。Ａ／Ｄ変換部１１、温度制御部１２、特徴量計測部１３および受信部１４は、例えば、記憶部１８に記憶されている所定のプログラムをプロセッサ１７が実行することにより実現される。

Ａ／Ｄ変換部１１には、温度センサ１３０で検出された熱処理装置１００の熱処理温度データがアナログ信号として入力される。Ａ／Ｄ変換部１１は、アナログ信号として入力された熱処理装置１００の熱処理温度データをデジタル信号に変換して、温度制御部１２および特徴量計測部１３に送信する。

温度制御部１２は、熱処理装置１００の熱処理温度の目標値に基づいて、ＳＳＲ１１０に制御信号（開閉信号）を送信する。

特徴量計測部１３は、取得部１５（第２取得部の一例）および算出部１６（第１算出部の一例）を含む。

取得部１５は、制御波形を取得可能に構成されている。本実施形態では、取得部１５は、制御波形として、Ａ／Ｄ変換部１１から熱処理温度の時系列データを取得し、温度制御部１２から制御信号の操作量、電流および制御信号のデューティ比の時系列データの少なくともいずれかを取得する。

算出部１６は、取得部１５で取得された制御波形から、特徴量を算出可能に構成されている。算出された特徴量には、熱処理温度が整定状態であるとき、および、外乱を受けたときの熱処理装置１００の制御波形の特徴量が含まれる。算出された特徴量は、例えば、温度調節器１０の記憶部１８に記憶される。本実施形態では、算出部１６は、取得部１５による制御波形の取得終了を待たずに、特徴量を逐次算出する。

本実施形態では、特徴量計測部１３は、取得部１５による制御波形の取得終了以降に（言い換えると、制御波形の測定終了以降に）、算出された特徴量（例えば、特徴量のみ）を有線または無線通信により上位コントローラ２０に送信する。このとき、特徴量計測部１３は、上位コントローラ２０にリアルタイムで、取得部１５で取得された制御波形を送信しないように構成されている。これは、例えば、サンプリング時間が高頻度（例えば、５０ｍｓ）である場合、制御波形のデータ量が、センサ数より多く膨大となり通信負荷が大きくなるためである。一例として、特徴量計測部１３は、上位コントローラ２０からの通信コマンドで、リアルタイムの特徴量の現在値（言い換えると、最新の特徴量）を上位コントローラ２０に送信可能に構成されている。「リアルタイムで送信しない」とは、例えば、サンプリングより長い周期で定期的に送信する、および、上位からのデータ要求コマンドを受信したタイミングで送信する等、所定のタイミングで送信することを含む。

図２～図４を参照して、昇温時に取得された制御波形から算出可能な特徴量の一例を以下に示す。図２には、熱処理温度の時系列データを示し、図３には、加熱時の制御信号の操作量または電流の時系列データを示し、図４には、冷却時の制御信号の操作量または制御信号のデューティ比の時系列データを示す。図２では、熱処理温度の目標値を「ＳＰ」で示している。図２～図４では、波形取得開始時間Ｔ１から特徴量計測部１３で特徴量を逐次算出し、更新する。また、波形取得停止時間Ｔ２時点で、最新の特徴量を異常判定装置３０に送信する。
・温度波形の最大傾き：図２のＡ１参照
・温度波形の最小傾き：図２のＢ１参照
・温度波形の最小偏差（アンダーシュート値）：図２のＣ１参照
・温度波形の最大偏差（オーバーシュート値）：図２のＤ１参照
・温度波形における目標温度からの誤差面積：図２のＥ１、Ｈ１参照
・温度波形におけるオーバーシュート時間：図２のＦ１参照
・温度波形における無駄時間：図２のＧ１参照
・温度波形における偏差の絶対値平均：図２の斜線部分の面積（＝Ｅ１＋Ｈ１）／波形取得停止時間－波形取得開始時間（＝Ｔ２－Ｔ１）
・温度波形における定常偏差
・温度整定時間
・操作量波形（加熱）における平均操作量または平均電流：図３の斜線部分の面積（＝Ｉ１＋Ｊ１）／波形取得停止時間－波形取得開始時間（＝Ｔ２－Ｔ１）
・温度整定時の操作量または電流：図３のＫ１参照（温度整定時の操作量または電流は、波形測定開始および終了とは無関係に算出される）
・最大操作量または最大電流：図３のＬ１参照
・最小操作量または最小電流：図３のＭ１参照
・操作量波形（冷却）における平均操作量または平均電流：図４の斜線部分の面積（＝Ｎ１）／波形取得停止時間－波形取得開始時間（＝Ｔ２－Ｔ１）
・温度整定時の操作量または電流：図４のＯ１参照（温度整定時の操作量または電流は、波形測定開始および終了とは無関係に算出される）
・最大操作量または最大デューティ比：図４のＰ１参照
・最小操作量または最小デューティ比：図４のＱ１参照
・電流標準偏差

図５～図７を参照して、外乱時に取得された制御波形から算出可能な特徴量の一例を以下に示す。図５には、熱処理温度の時系列データを示し、図６には、加熱時の制御信号の操作量または電流の時系列データを示し、図７には、冷却時の制御信号の操作量または制御信号のデューティ比の時系列データを示す。図５では、熱処理温度の目標値を「ＳＰ」で示している。図５～図７では、波形取得開始時間Ｔ１から特徴量計測部１３で特徴量を逐次算出し、更新する。また、波形取得停止時間Ｔ２時点で、最新の特徴量を異常判定装置３０に送信する。
・温度波形の最大傾き：図５のＡ２参照
・温度波形の最小傾き：図５のＢ２参照
・温度波形の最小偏差（アンダーシュート量）：図５のＣ２参照
・温度波形の最大偏差（オーバーシュート量）：図５のＤ２参照
・温度波形における目標温度からの誤差面積：図５のＧ２、Ｈ２参照
・温度波形におけるオーバーシュート時間：図５のＥ２参照
・温度波形における無駄時間：図５のＦ２参照
・温度波形における偏差の絶対値平均：図５の斜線部分の面積（＝Ｇ２＋Ｈ２）／波形取得停止時間－波形取得開始時間（＝Ｔ２－Ｔ１）
・温度波形における定常偏差
・温度整定時間
・操作量波形（加熱）における平均操作量または平均電流：図６の斜線部分の面積（＝Ｉ２＋Ｊ２）／波形取得停止時間－波形取得開始時間（＝Ｔ２－Ｔ１）
・温度整定時の操作量または電流：図６のＫ２参照（温度整定時の操作量または電流は、波形測定開始および終了とは無関係に算出される）
・最大操作量または最大電流：図６のＬ２参照
・最小操作量または最小電流：図６のＭ２参照
・操作量波形（冷却）における平均操作量または平均電流：図７の斜線部分の面積（＝Ｎ２）／波形取得停止時間－波形取得開始時間（＝Ｔ２－Ｔ１）
・温度整定時の操作量または電流：図７のＯ２参照（温度整定時の操作量または電流は、波形測定開始および終了とは無関係に算出される）
・最大操作量または最大デューティ比：図７のＰ２参照
・最小操作量または最小デューティ比：図７のＱ２参照
・電流標準偏差

図４および図７における「制御信号のデューティ比」には、例えば、冷却弁の開閉信号のデューティ比が含まれる。冷却手段として、電流により動作する素子（例えば、ペルチェ素子）を用いる場合、「制御信号のデューティ比」に代えて「電流」の時系列データから特徴量を算出できる。

受信部１４は、上位コントローラ２０から送信された制御信号を取得可能に構成されている。受信部１４は、上位コントローラ２０から送信された制御信号により、例えば、設定された熱処理装置１００の熱処理温度の目標値を取得する。取得された熱処理装置１００の熱処理温度の目標値は、温度制御部１２および特徴量計測部１３に送信される。

上位コントローラ２０は、温度調節器１０に対して制御信号を送信可能に構成されている。上位コントローラ２０は、例えば、プロセッサ２１、記憶部２２および通信部２３を含む。プロセッサ２１は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等を含む。記憶部２２は、例えば、内部記録媒体または外部記録媒体で構成されている。内部記録媒体は、不揮発メモリ等を含む。外部記録媒体は、ハードディスク（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、光ディスク装置等を含む。通信部２３は、例えば、サーバ等の外部装置との間でデータの送受信を行うための通信回路または通信モジュールで構成されている。

異常判定装置３０は、取得部（第１取得部の一例）３１と、第１判定部３２とを有している。取得部３１および第１判定部３２は、例えば、プロセッサ２１が所定のプログラムを実行することにより実現される。所定のプログラムは、上位コントローラ２０の記憶部２２に記憶されていてもよいし、異常判定装置３０に記憶部を設け、異常判定装置３０の記憶部に記憶されていてもよい。

取得部３１は、特徴量計測部１３の算出部１６で算出された特徴量を取得可能に構成されている。本実施形態では、取得部３１は、特徴量に加えて、閾値設定部４０で設定された第１閾値を取得可能に構成されている。第１判定部３２は、取得部３１で取得された特徴量が、取得部３１で取得された第１閾値を超えた場合に、熱処理装置１００が異常であると判定する。第１判定部３２での判定の結果、熱処理装置１００が異常であると判定された場合は、その結果が異常信号として警報装置１４０に送信される。警報装置１４０は、異常信号が入力されると、警報を送信して、熱処理装置１００が異常であることを報知する。

閾値設定部４０は、例えば、サーバ等の外部装置に設けられ、第１判定部３２の異常判定に用いられる第１閾値を設定可能に構成されている。第１閾値は、例えば、正常でありかつ温度整定状態である場合の熱処理装置１０から算出される特徴量に基づいて設定される。閾値設定部４０は、例えば、外部装置のプロセッサが所定のプログラムを実行することにより実現される。閾値設定部４０は、上位コントローラ２０に対して通信可能な状態で接続されている。設定された第１閾値は、有線または無線通信により異常判定装置３０に送信される。

図８および図９を参照して、温調システム１の異常判定処理の一例を説明する。異常判定処理における上位コントローラ２０の処理の一例を図８に示し、温度調節器１０の処理の一例を図９に示す。図８および図９に示す異常判定処理は、一例として、上位コントローラ２０のプロセッサ２１が記憶部２２に記憶されている所定のプログラムを実行することで実施される。

図８に示すように、異常判定処理が開始されると、上位コントローラ２０は、波形取得開始信号を温度調節器１０に送信し（ステップＳ１）、熱処理装置１００での熱処理を開始する（ステップＳ２）。

その後、熱処理装置１００での熱処理が終了すると（ステップＳ３）、上位コントローラ２０は、波形取得停止信号を温度調節器１０に送信し（ステップＳ４）、異常判定装置３０が、特徴量計測部１３で算出された特徴量を取得する（ステップＳ５）。

特徴量が取得されると、異常判定装置３０は、取得された特徴量が第１閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ６）。取得された特徴量が第１閾値を超えていると判定されると、異常判定装置３０は、熱処理装置１００が異常であると判定し、異常信号を送信する（ステップＳ７）。異常信号が送信されると、警報装置１４０から警報が送信されて、異常判定処理が終了する。ステップＳ６で取得された特徴量が第１閾値を超えていると判定されなかった場合は、そのまま異常判定処理が終了する。

図９に示すように、異常判定処理が開始されると、温度調節器１０は、例えば、温度調節器１０を構成する各部が初期化され（ステップＳ１１）、上位コントローラ２０から送信された波形測定開始信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２は、波形測定開始信号を受信したと判定されるまで繰り返される。

波形測定開始信号を受信したと判定されると、温度調節器１０は、制御波形を取得し、取得された制御波形から特徴量を算出する（ステップＳ１３）。その後、温度調節器１０は、上位コントローラ２０から送信された波形測定停止信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４は、波形測定停止信号を受信したと判定されるまで繰り返される。

波形測定停止信号を受信したと判定されると、温度調節器１０は、上位コントローラ２０に算出した特徴量を送信し（ステップＳ１５）、異常判定処理が終了する。

図１０を参照して、閾値設定部４０の閾値設定処理の一例を説明する。図１０に示す閾値設定処理は、一例として、外部装置のプロセッサが外部装置の記憶部に記憶されている所定のプログラムを実行することで実施される。

図１０に示すように、閾値設定部４０は、複数回の制御波形の各々から算出される特徴量を取得し（ステップＳ２１）、算出された特徴量の「ばらつき量」を記憶する（ステップＳ２２）。一例として、記憶された特徴量の標準偏差σ、または、記憶された特徴量の最大値および最小値の差を「ばらつき量」とする。算出された特徴量の「ばらつき量」は、例えば、外部装置の記憶部に記憶される。

算出された特徴量の「ばらつき量」が記憶されると、閾値設定部４０は、特徴量の「ばらつき量」に基づいて、例えば、下記のいずれかの方法により第１閾値を設定し（ステップS２３）、閾値設定処理が終了する。
・基準波形指定方式
基準となる制御波形（以下、基準波形という）の特徴量を基準値とし、この基準値を中心として、「ばらつき量」の定数倍の幅を第１閾値として設定する。第１閾値は、基準値に対して上限値および下限値を有する場合に限らず、基準値に対して上限値または下限値のみを有してもよい。基準波形は、例えば、ユーザにより指定される。
・平均方式
複数回の制御波形の特徴量の平均値を基準値とし、この基準値を中心として「ばらつき量」の定数倍の幅を第１閾値として設定する。基準値に対して上限値および下限値を有する場合に限らず、基準値に対して上限値または下限値のみを有してもよい。

本開示の温調システム１は、次のような効果を発揮できる。

温調システム１が、熱処理装置１００の熱処理温度を制御する温度調節器１０と、熱処理装置１００の異常を判定する異常判定装置３０とを備える。異常判定装置３０が、熱処理温度が整定状態であるとき、および、外乱を受けたときの熱処理装置１００の制御波形の特徴量を取得可能な取得部３１と、取得部３１で取得された特徴量が第１閾値を超えた場合に、熱処理装置１００が異常であると判定する第１判定部３２とを含む。このような構成により、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる温調システム１を実現できる。

例えば、熱処理温度波形の変動を監視する場合、熱処理温度がフィードバック制御されていると、ヒータ容量等が変動しても波形が殆ど変化せず、異常検知し難い場合がある。この場合、稼働初期の熱処理装置の異常を検知できない場合がある。温調システム１では、熱処理装置１００の制御波形（例えば、操作量波形）の特徴量の変化を監視する。このため、熱処理温度がフィードバック制御されている場合でも、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる。

例えば、熱処理温度の統計量（例えば、平均温度、最大温度および最小温度）の変動を監視する場合、基準となる数値が大きいため、相対的な変化が小さくなる場合がある。この場合、熱処理装置の異常を判定するための閾値が設定し難く、熱処理装置の異常の不検知および誤検知が発生し易くなるおそれがある。また、熱処理温度の目標値を変更すると閾値を設定し直す必要がある。温調システム１では、熱処理装置１００の制御波形の特徴量（例えば、熱処理温度の目標値偏差に関する特徴量）の変動を監視する。このため、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる。

例えば、半導体製造装置および大型連続炉のような熱処理装置は、常時高温であり、昇温タイミングが年に数回以下の場合もある。このような熱処理装置の昇温時波形を監視する場合、常時監視することができず、熱処理装置の異常の不検知および誤検知が発生する場合がある。温調システム１では、温度整定時および外乱時における熱処理装置１００の制御波形の特徴量を監視する。このため、熱処理装置１００が常時高温であったとしても、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる。

例えば、熱処理装置の制御波形の形状を目視で比較して監視する場合、人力で熱処理装置を監視することになるため、常時監視が困難であると共に、個人差によるばらつきが発生する可能性がある。また、仮に、常時監視する場合は、多くの人件費が必要になり、監視コストが増大するおそれがある。温調システム１では、ソフトウェアを用いて、熱処理装置１００の制御波形の特徴量から熱処理装置１００の異常可能性を判定することができるので、人力に頼ることなく、熱処理装置１００を常時自動監視し、熱処理装置１００の異常可能性を判定できる。

温調システム１は、次に示す複数の構成のいずれか１つまたは複数の構成を任意に採用できる。つまり、次に示す複数の構成のいずれか１つまたは複数の構成は、前記実施形態に含まれていた場合は任意に削除でき、前記実施形態に含まれていない場合は任意に付加することができる。このような構成を採用することにより、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる温調システム１をより確実に実現できる。

温度調節器１０が、制御波形を取得可能な取得部１５と、取得部１５で取得された制御波形から特徴量を算出可能な算出部１６とを含む。

異常判定装置３０が、温度調節器１０を制御する上位コントローラ２０に設けられている。温度調節器１０は、算出した特徴量のみを上位コントローラ２０に送信可能に構成されている。例えば、生波形データを逐次温度調節器から上位コントローラに通信する場合、温調サンプリングでのデータ送受信は温度調節器および上位コントローラ共に通信負荷およびＭＰＵ（マイクロプロセッサ）負荷が大きくなる場合がある。特に、温度調節器が多くのチャンネル数を有し、多くのチャンネル(例えば、３２ｃｈ)を同時に計測し監視する場合、サンプリング幅が非常に粗くなるため、正確な波形を計測するためには、高価な高速通信機器が必要になる場合がある。温調システム１は、上記構成により、多くのチャンネルを同時に計測し監視する場合であっても、効果な高速通信機器を用いることなく、より正確な波形を計測できる。

温度調節器１０は、上位コントローラ２０にリアルタイムで制御波形を送信しないように構成されている。これにより、温度調節器１０および上位コントローラ２０間の通信負荷を軽減できる。

算出部１６は、取得部１５による制御波形の取得終了を待たずに、特徴量を逐次算出する。これにより、大容量の時系列データを保持する必要がなくなるので、ＲＡＭ消費を減少させることができる。

温度調節器１０は、取得部１５による制御波形の取得終了以降に、特徴量を上位コントローラ２０に送信可能に構成されている。これにより、温度調節器１０および上位コントローラ２０間の通信負荷を軽減できる。

制御波形が、温度波形または操作量波形である。

温調システム１が、取得部１５で取得された複数回の特徴量のばらつき量に基づいて第１閾値を設定可能な閾値設定部４０を備える。

ばらつき量が、複数回の特徴量の標準偏差または最大値および最小値の差である。

閾値設定部４０は、基準となる制御波形の特徴量を中心として、ばらつき量の定数倍の幅を第１閾値として設定する。

閾値設定部４０は、複数回の特徴量の平均値を中心として、ばらつき量の定数倍の幅を第１閾値として設定する。

本開示の異常判定方法および異常判定装置３０は、次のような効果を発揮できる。

異常判定方法は、次のステップを備える。このような構成により、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる。
・温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置１００の制御波形の特徴量を取得する。
・取得された特徴量が第１閾値を超えた場合に、熱処理装置１００が異常であると判定する。

異常判定装置３０は、温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な取得部３１と、取得部３１で取得された特徴量が第１閾値を超えた場合に、熱処理装置１００が異常であると判定する第１判定部３２とを備える。このような構成により、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる異常判定装置３０を実現できる。

温調システム１は、次のように構成することもできる。

異常判定装置３０は、上位コントローラ２０に設けられている場合に限らない。例えば、異常判定装置３０は、温度調節器１０に設けられていてもよいし、サーバ等の外部装置に設けられていてもよい。温度調節器１０に異常判定装置３０が設けられている場合は、算出した特徴量に加えて、熱処理装置１００の異常可能性についての判定結果も上位コントローラ２０に送信される。

異常判定装置３０は、例えば、図１１に示す下記の構成を備えてもよい。
・熱処理装置１００の物理量の傾きを算出可能な算出部（第２算出部の一例）３３。物理量は、例えば温度であり、物理量センサ（例えば、温度センサ）により検出する。算出部３３は、物理量センサで検出された物理量を一定時間間隔で量子化してサンプリング値として算出可能に構成されている。算出部３３は、算出されたサンプリング値のうち、前回のサンプリング値に対する変化幅が第２閾値以上となった以降のサンプリング値に基づいて、熱処理装置１００の物理量の傾きを算出可能に構成されている。
・算出部３３で算出された物理量の傾き値に基づいて、熱処理装置１００が異常であるか否かを判定する第２判定部３４。第２判定部３４は、例えば、物理量の傾き値の最大値が上限閾値以上または下限閾値以下になった場合に、熱処理装置１００が異常であると判定する。

例えば、一定のサンプリング時間幅ごとにＡＤ変換された温度値を用いて温度傾きを計測すると、非常に緩やかな温度変化の場合、温度傾きの分解能が低下する場合がある。例えば、サンプリング幅１秒、ＡＤ分解能０．０１℃、入力温度傾き０．００１℃／秒の場合、最大傾き計測値は０．０１℃／秒となり誤差が大きい。その結果、熱処理装置の異常の不検知および誤検知が発生し易くなるおそれがある。この対策として、サンプリング時間の間隔を長くする、および、サンプリング後にローパスフィルタをかける等が考えられる。しかし、両対策とも入力波形の傾きに応じてリアルタイムでパラメータを調整しないと適切な計測値が得られず、固定状態ではかえって誤差が増える場合があるため、実用的でない。

図１１の異常判定装置３０では、算出部３３で算出された傾き値のうち、最大値が上限閾値以上となった場合、または、傾き値の最大値が下限閾値以下となった傾き値に基づいて、熱処理装置１００が異常であるか否かを判定する。つまり、量子化後の温度値が変化しない範囲の微小な熱処理温度の変化をサンプリングに含めないので、熱処理装置１００の異常可能性をより正確に判定できる。図１１の異常判定装置３０では、一定時間間隔のサンプリングではなく可変時間間隔のサンプリングとなる。

図１２を参照して、昇温時の傾き値サンプリング処理の一例を説明する。図１２に示す傾き値サンプリング処理は、一例として、プロセッサ２１が所定のプログラムを実行することで実施される。

図１２に示すように、傾き値算出処理が開始されると、算出部３３は、初期設定を行う（ステップＳ３１）。初期設定の一例を以下に示す。
・温度サンプリング幅ｄＴ＝０．１℃
・時間サンプリング幅ｄｔ＝０．０５秒
・現在サンプリング回数ｉ＝０
・前回サンプリング回数ｊ＝ｉ
・初期温度＝現在温度ＰＶ（ｉ）＝温度計測値
・傾きサンプリング回数ｋ＝１

初期設定が行われると、算出部３３は、現在サンプリング回数を更新し（ｉ＝ｉ+１）（ステップＳ３２）、現在温度ＰＶ（ｉ）および前回サンプリング時の現在温度ＰＶ（ｊ）の温度差（＝ＰＶ（ｉ）－ＰＶ（ｊ））を算出する（ステップＳ３３）。温度差が算出されると、算出部３３は、算出された温度差が温度サンプリング幅ｄＴ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。算出された温度差が温度サンプリング幅ｄＴ以上であると判定されなかった場合は、ステップＳ３２に戻り、サンプリング回数の更新が行われる。

算出された温度差が温度サンプリング幅ｄＴ以上であると判定されると、算出部３３は、前回サンプリング回数および現在温度ＰＶ（ｉ）を更新し（ｊ＝ｉ、ＰＶ（ｊ）＝ＰＶ（ｉ））、傾き値（ｋ）を算出する（ステップＳ３５）。傾き値（ｋ）は、（今回サンプリング時の温度計測値－前回サンプリング時の温度計測値）／（今回サンプリング時間（今回のサンプリングでステップＳ３５＝ＹＥＳとなるまでにかかった時間）－前回サンプリング時間（今回のサンプリングでステップＳ３５＝ＹＥＳとなるまでにかかった時間））、つまり、ステップＳ３３で算出された温度差／時間差（＝ｄｔ×（ｉ－ｊ））で算出される。

傾き値（ｋ）が算出されると、算出部３３は、傾きサンプリング回数を更新し（ｋ＝ｋ＋１）（ステップＳ３６）、傾き値算出処理が終了するか否かを判定する（ステップＳ３７）。傾き値算出処理が終了すると判定されなかった場合、ステップＳ３２に戻り、サンプリング回数の更新が行われる。

図１２の傾き値サンプリング処理では、熱処理温度が現在温度ＰＶ（ｉ）から低下した場合、現在温度ＰＶ（ｉ）を更新しなければ、傾き値を正確に算出できない可能性が考えられる。この課題を解決するために、例えば、ステップ３２およびステップS３３の間で、現在温度ＰＶ（ｉ）が前回サンプリング時の現在温度ＰＶ（ｊ）よりも小さい（ＰＶ（ｉ）＜ＰＶ（ｊ））か否かを判定するステップを追加してもよい。このステップにおいて、現在温度ＰＶ（ｉ）が前回サンプリング時の現在温度ＰＶ（ｊ）よりも小さいと判定された場合、前回サンプリング回数および現在温度ＰＶ（ｉ）を更新し（ｊ＝ｉ、ＰＶ（ｊ）＝ＰＶ（ｉ））、ステップＳ３２に戻る。現在温度ＰＶ（ｉ）が前回サンプリング時の現在温度ＰＶ（ｊ）よりも小さいと判定されなかった場合、ステップＳ３３に進む。上記ステップを追加することで、より正確に傾き値を算出できる。

図１２に示す傾き値サンプリング処理は、昇温時に限らず、降温時の傾き値サンプリング処理にも適用できる。

図１１の異常判定装置３０は、次のように構成してもよい。
・最大傾き算出部３５（図１３参照）を備えていてもよい。最大傾き算出部３５は、算出部３３で算出された物理量の傾き値を入力として、ピークホールド処理を行い、最大傾き値を算出可能に構成される。ピークホールドは、プラス側のピークに限らず、マイナス側のピークに対する処理としてもよい。その場合は、負の最大傾きとなる。
・算出された傾き値および／または最大傾き値は、異常判定装置３０に通信接続された他の外部機器２００（図１３参照）に送信可能であってもよい。
・ユーザインタフェース部３６（図１３参照）を備えてもよい。ユーザインタフェース部３６は、例えば、第２閾値、上限閾値および下限閾値をユーザにより変更可能に構成されていてもよい。
・ユーザインタフェース部３６は、算出された傾き値および／または最大傾き値を表示可能であってもよい。
・異常判定装置３０は、例えば、計測開始コマンドにより物理量の測定を開始し、計測終了コマンドにより物理量の測定を終了するように構成してもよい。計測開始コマンドおよび計測終了コマンドは、例えば、外部機器２００から異常判定装置３０に送信可能であってもよい。

図１３に、最大傾き算出部３５およびユーザインタフェース部３６を含む異常判定装置３０を備える温調システム１の一例を示す。図１３の温調システム１では、Ａ／Ｄ変換部１１および警報部１４０が異常判定装置３０に設けられている。異常判定装置３０は、プロセッサ３７および記憶部３８を含む制御装置３０１と、通信部３９とを備えている。算出部３３、最大傾き算出部３５および第２判定部３４は、例えば、プロセッサ３７が所定のプログラムを実行することにより実現される。プロセッサ３７は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等を含む。記憶部３８は、例えば、内部記録媒体または外部記録媒体で構成されている。内部記録媒体は、不揮発メモリ等を含む。外部記録媒体は、ハードディスク（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、光ディスク装置等を含む。通信部３９は、例えば、サーバ等の外部装置との間でデータの送受信を行うための通信回路または通信モジュールで構成されている。

図１３の異常判定装置３０では、温度調節器１０は、取得部１５および算出部１６を含んでいない。温度センサ１３０で検出された熱処理装置１００の熱処理温度データは、Ａ／Ｄ変換部１１を介して算出部３３に送信される。算出部３３で算出された熱処理温度の傾き値は、最大傾き算出部３５に送信される。最大傾き算出部３５で算出された最大傾き値は、第２判定部３４、ユーザインタフェース部３６および通信部３９に送信される。ユーザインタフェース部３６は、第２判定部３４に上限閾値および／または下限閾値を送信する。

このように、異常判定装置３０は、第１判定部３２および第２判定部３４の両方を含んでいてもよいし、第１判定部３２のみ、または、第２判定部３４のみを含んでいてもよい。

温度調節器１０の取得部１５および算出部１６と、閾値設定部４０とは、省略することができる。

温度調節器１０は、上位コントローラ２０にリアルタイムで制御波形を送信するように構成されていてもよい。

温度調節器１０の算出部１６は、取得部１５による制御波形の取得終了を待たずに、特徴量を逐次算出する場合に限らず、取得部１５による制御波形の取得終了を待って特徴量を逐次算出するように構成してもよい。

温度調節器１０は、取得部１５による制御波形の取得終了以降に、特徴量を上位コントローラ２０に送信可能である場合に限らず、取得部１５による制御波形の取得が終了するよりも前に、特徴量を上位コントローラ２０に送信可能に構成してもよい。

第１閾値は、図１０に示す処理により設定される場合に限らず、他の方法で設定されてもよい。

本開示の異常判定方法は、コンピュータに実行させることができる。つまり、本開示には、異常判定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、および、異常判定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶するコンピュータ可読性の記憶媒体が含まれる。

以上、図面を参照して本開示における種々の実施形態を詳細に説明したが、最後に、本開示の種々の態様について説明する。以下の説明では、一例として、参照符号も添えて記載する。

本開示の第１態様の温調システム１は、
熱処理装置の熱処理温度を制御する温度調節器１０と、
前記熱処理装置の異常を判定する異常判定装置３０と
を備え、
前記異常判定装置３０が、
前記熱処理温度が整定状態であるとき、および 、外乱を受けたときの前記熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な第１取得部と、
前記第１取得部で取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する第１判定部と
を含む。

本開示の第２態様の温調システム１は、第１態様の温調システム１において、
前記温度調節器１０が、
前記制御波形を取得可能な第２取得部と、
前記第２取得部で取得された前記制御波形から前記特徴量を算出可能な第１算出部と
を含む。

本開示の第３態様の温調システム１は、第２態様の温調システム１において、
前記異常判定装置３０が、前記温度調節器１０を制御するコントローラに設けられ、
前記温度調節器１０は、算出した前記特徴量のみを前記コントローラに送信可能に構成されている。

本開示の第４態様の温調システム１は、第３態様の温調システム１において、
前記温度調節器１０は、前記コントローラにリアルタイムで前記制御波形を送信しないように構成されている。

本開示の第５態様の温調システム１は、第２態様～第４態様のいずれかの温調システム１において、
前記第１算出部は、前記第２取得部による前記制御波形の取得終了を待たずに、前記特徴量を逐次算出する。

本開示の第６態様の温調システム１は、第３態様～第５態様のいずれかの温調システム１において、
前記温度調節器１０は、前記第２取得部による前記制御波形の取得終了以降に、前記特徴量を前記コントローラに送信可能に構成されている。

本開示の第７態様の温調システム１は、第１態様～第６態様のいずれかの温調システム１において、
前記制御波形が、温度波形または操作量波形である。

本開示の第８態様の温調システム１は、第１態様～第７態様のいずれかの温調システム１において、
前記第１取得部で取得された複数回の前記特徴量のばらつき量に基づいて前記第１閾値を設定可能な閾値設定部４０を備える。

本開示の第９態様の温調システム１は、第８態様の温調システム１において、
前記ばらつき量が、複数回の前記特徴量の標準偏差または最大値および最小値の差である。

本開示の第１０態様の温調システム１は、第８態様または第９態様の温調システム１において、
前記閾値設定部４０は、
基準となる前記制御波形の前記特徴量を中心として、前記ばらつき量の定数倍の幅を前記第１閾値として設定する。

本開示の第１１態様の温調システム１は、第８態様～第１０態様のいずれかの温調システム１において、
前記閾値設定部４０は、
複数回の前記特徴量の平均値を中心として、前記ばらつき量の定数倍の幅を前記第１閾値として設定する。

本開示の第１２態様の温調システム１は、第１態様～第１１態様のいずれかの温調システム１において、
前記異常判定装置３０が、
前記熱処理装置の物理量を一定時間間隔で量子化してサンプリング値を算出可能であると共に、算出された前記サンプリング値のうち、前回の前記サンプリング値に対する変化幅が第２閾値以上となった以降の前記サンプリング値に基づいて、前記物理量の傾きを算出可能な第２算出部と、
前記第２算出部で算出された前記物理量の傾きに基づいて、前記熱処理装置が異常であるか否かを判定する第２判定部３４と
を含む。

本開示の第１３態様の異常判定方法は、
温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得し、
取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する。

本開示の第１４態様の異常判定装置３０は、
温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な第１取得部と、
前記第１取得部で取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する第１判定部と
を備える。

第１態様～第１４態様は、コンピュータプログラムにより実現してもよいし、システム、方法、装置およびコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。

前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態または変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本開示の温調システム、異常判定方法および異常判定装置は、例えば、半導体製造装置の異常判定に適用できる。

１ 温調システム
１０ 温度調節器
１１ Ａ／Ｄ変換部
１２ 温度制御部
１３ 特徴量計測部
１４ 受信部
１５ 取得部
１６ 算出部
１７ プロセッサ
１８ 記憶部
１９ 通信部
２０ 上位コントローラ
２１ プロセッサ
２２ 記憶部
２３ 通信部
３０ 異常判定装置
３１ 取得部
３２ 第１判定部
３３ 算出部
３４ 第２判定部
３５ 最大傾き算出部
３６ ユーザインタフェース部
３７ プロセッサ
３８ 記憶部
３９ 通信部
４０ 閾値設定部
１００ 熱処理装置
１０１ ウェハ等の熱処理対象物
１２０ ヒータ電源
１３０ 温度センサ
１４０ 警報装置
２００ 外部機器
３０１ 制御装置

Claims (14)

1. 熱処理装置の熱処理温度を制御する温度調節器と、
   前記熱処理装置の異常を判定する異常判定装置と
   を備え、
   前記異常判定装置が、
   前記熱処理温度が整定状態であるとき、および、外乱を受けたときの前記熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な第１取得部と、
   前記第１取得部で取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する第１判定部と
   を含む、温調システム。
2. 前記温度調節器が、
   前記制御波形を取得可能な第２取得部と、
   前記第２取得部で取得された前記制御波形から前記特徴量を算出可能な第１算出部と
   を含む、請求項１に記載の温調システム。
3. 前記異常判定装置が、前記温度調節器を制御するコントローラに設けられ、
   前記温度調節器は、算出した前記特徴量のみを前記コントローラに送信可能に構成されている、請求項２に記載の温調システム。
4. 前記温度調節器は、前記コントローラにリアルタイムで前記制御波形を送信しないように構成されている、請求項３に記載の温調システム。
5. 前記第１算出部は、前記第２取得部による前記制御波形の取得終了を待たずに、前記特徴量を逐次算出する、請求項２に記載の温調システム。
6. 前記温度調節器は、前記第２取得部による前記制御波形の取得終了以降に、前記特徴量を前記コントローラに送信可能に構成されている、請求項３に記載の温調システム。
7. 前記制御波形が、温度波形または操作量波形である、請求項１に記載の温調システム。
8. 前記第１取得部で取得された複数回の前記特徴量のばらつき量に基づいて前記第１閾値を設定可能な閾値設定部を備える、請求項１に記載の温調システム。
9. 前記ばらつき量が、複数回の前記特徴量の標準偏差または最大値および最小値の差である、請求項８に記載の温調システム。
10. 前記閾値設定部は、
    基準となる前記制御波形の前記特徴量を中心として、前記ばらつき量の定数倍の幅を前記第１閾値として設定する、請求項８または９に記載の温調システム。
11. 前記閾値設定部は、
    複数回の前記特徴量の平均値を中心として、前記ばらつき量の定数倍の幅を前記第１閾値として設定する、請求項８または９に記載の温調システム。
12. 前記異常判定装置が、
    前記熱処理装置の物理量を一定時間間隔で量子化してサンプリング値を算出可能であると共に、算出された前記サンプリング値のうち、前回の前記サンプリング値に対する変化幅が第２閾値以上となった以降の前記サンプリング値に基づいて、前記物理量の傾きを算出可能な第２算出部と、
    前記第２算出部で算出された前記物理量の傾きに基づいて、前記熱処理装置が異常であるか否かを判定する第２判定部と
    を含む、請求項１に記載の温調システム。
13. 温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得し、
    取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する、異常判定方法。
14. 温度整定状態であるとき、または、外乱を受けたときの熱処理装置の制御波形の特徴量を取得可能な第１取得部と、
    前記第１取得部で取得された前記特徴量が第１閾値を超えた場合に、前記熱処理装置が異常であると判定する第１判定部と
    を備える、異常判定装置。

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