JP3776297B2 - 制御システム - Google Patents

Description

【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（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｔｅｇｒａｌ ａｎｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）やＩＭＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｍｏｄｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）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、２１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、上記制御手段は、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、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平滑化するために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。
【００１５】
この発明に係る制御システムは、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検出値の変化が遅かった演算回路を基準の検出値に対応する演算回路として選択するものである。
【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、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）、１５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ＰＩＤ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１１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ｔ０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１
Ｔ ＝ 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ＰＩＤ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＝αＤ２」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ＰＩＤ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ＰＩＤ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１０，１５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、ＰＶ１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、「ＰＶ１」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−ＰＶ１））」の制御との切替の際であってもこのｏｆｆｓｅｔ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−ＰＶ１」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１０，１５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】
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平滑化するために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、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検出値の変化が遅かった演算回路を基準の検出値に対応する演算回路として選択する 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）
５ ＰＩＤ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）

Claims (2)

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、
   上記制御手段は、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、
   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平滑化するために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制御システム。
2. 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検出値の変化が遅かった演算回路を基準の検出値に対応する演算回路として選択することを特徴とする請求項１記載の制御システム。

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