JP4622594B2

JP4622594B2 - 反応制御装置

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Inventors: 隆章山田; 郁夫南野
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Description

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ことによって、反応を制御する反応制御装置に関する。

従来、例えば、半導体装置の製造プロセスには、半導体ウェハを、熱処理炉に搬入し、ガスを供給しながら熱処理して所望の膜を成膜するプロセスがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−５３２２３号公報

かかるプロセスにおいては、熱処理炉の温度を検出し、検出温度が設定温度になるように、熱処理炉のヒータの通電を制御することにより、熱処理炉の温度を制御して半導体ウェハに成膜するようにしている。

このように熱処理炉の温度を制御して半導体ウェハに成膜を行う従来例では、予め設定温度を試行錯誤的に調整しなければ、半導体ウェハに、所望の膜厚の成膜を行うことができず、設定温度の調整作業が面倒であるという課題がある。

また、外乱が印加されて熱処理炉の温度が設定温度から低下したような場合には、設定温度に復帰させるように温度制御するのみであり、このため、温度の低下によって反応量が不足した場合に、その不足した反応量を補うような制御を行うのは困難であった。

さらに、定常状態では、熱処理炉内の温度を均一に制御することはできるけれども、過渡状態では、熱処理炉内の位置による温度のばらつきが生じ、これに起因して半導体ウェハに形成される膜の厚みに不均一が生じるといった課題がある。

本発明は、設定温度などの調整を行うことなく、反応を制御できるようにして上述の技術的課題を解決することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

本発明の反応制御装置は、制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御装置に対して、前記目標温度を与えて反応を制御する装置であって、前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する第１変換回路と、この第１変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、前記変換手段で変換された反応量の情報と上位機器や設定部から設定される目標の反応量の情報である累計反応量設定値との偏差を算出する減算部と、算出された反応量の偏差を調整ゲインに基いて調整して反応速度目標値として出力するゲイン調整回路と、この反応速度目標値を反応速度逆関数に基いて前記制御対象の前記目標温度に変換して前記温度制御装置に与える第２変換回路とからなる生成手段とを含むものである。

ここで、制御対象は、被熱処理物を熱処理する熱処理手段、例えば、熱処理炉、熱処理盤、反応搭、連続炉などであってもよいし、熱処理手段で熱処理される被熱処理物を制御対象としてもよい。

本発明によると、検出温度を反応量の情報に変換し、変換した反応量の情報と目標の反応量の情報とに基いて、前記目標温度を生成するので、反応量の制御が可能となる。これによって、従来例では、所望の反応量に制御するために、目標温度(設定温度)を、試行錯誤的に調整するという面倒な作業が必要であったのに対して、本発明では、目標となる反応量の情報を設定するだけでよい。さらに、反応量を制御するので、外乱の印加によって反応量に不足が生じたような場合には、不足した反応量を補うように制御することが可能となる。

また、本発明の反応制御装置は、制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御装置に対して、前記目標温度を補正する補正値を与えて反応を制御する装置であって、前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する変換回路と、この変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、前記変換手段で変換された反応量の情報の平均値を算出する平均回路と、前記積算回路で算出された反応量と前記平均回路の平均値との差を算出する第１減算部と、この第１減算部で算出した反応量のばらつきと設定された反応量のばらつきの設定値との偏差を算出する第２減算部と、この第２減算部で算出された反応量のばらつきの偏差を反応速度補正値としこの反応速度補正値を反応速度変化率算出回路からの反応速度変化率で除算して前記制御対象の補正値を算出する補正回路と、この補正回路の補正値を調整ゲインに基いて調整して前記制御対象の前記目標温度の補正値を算出するゲイン調整部とからなる生成手段とを含むものである。

本発明によると、検出温度を反応量の情報に変換し、変換した反応量の情報と目標の反応量の情報とに基いて、目標温度を補正する補正値を生成するので、目標温度に制御しながら反応量の制御が可能となる。これによって、目標温度(設定温度)を、試行錯誤的に調整するという面倒な作業が不要となる。さらに、外乱の印加によって生じる反応量の誤差を低減することができる。

本発明の反応制御装置は、制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御手段と、前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する第１変換回路と、この第１変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、前記変換手段で変換された反応量の情報と上位機器や設定部から設定される目標の反応量の情報である累計反応量設定値との偏差を算出する減算部と、算出された反応量の偏差を調整ゲインに基いて調整して反応速度目標値として出力するゲイン調整回路と、この反応速度目標値を反応速度逆関数に基いて前記制御対象の前記目標温度に変換して前記温度制御装置に与える第２変換回路とからなる生成手段とからなり、前記目標温度を生成して前記温度制御手段に与える反応制御手段とを備えている。

本発明によると、検出温度を反応量の情報に変換し、変換した反応量の情報と目標の反応量の情報とに基いて、温度制御のための目標温度を生成するので、反応量の制御が可能となる。

本発明の反応制御装置は、制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御手段と、前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する変換回路と、この変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、前記変換手段で変換された反応量の情報の平均値を算出する平均回路と、前記積算回路で算出された反応量と前記平均回路の平均値との差を算出する第１減算部と、この第１減算部で算出した反応量のばらつきと設定された反応量のばらつきの設定値との偏差を算出する第２減算部と、この第２減算部で算出された反応量のばらつきの偏差を反応速度補正値としこの反応速度補正値を反応速度変化率算出回路からの反応速度変化率で除算して前記制御対象の補正値を算出する補正回路と、この補正回路の補正値を調整ゲインに基いて調整して前記制御対象の前記目標温度の補正値を算出するゲイン調整部とからなる生成手段とからなり、前記目標温度を補正する補正値を生成して前記温度制御手段に与える反応制御手段とを備えている。

本発明によると、検出温度を反応量の情報に変換し、変換した反応量の情報と目標の反応量の情報とに基いて、温度制御のための目標温度を補正する補正値を生成するので、反応量の制御が可能となる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記反応制御手段は、変換した反応量が、目標の反応量に一致するように、前記目標温度または前記補正値を生成するものである。

この実施態様によると、反応量が目標の反応量になるように制御されることになる。

本発明の一実施態様においては、前記温度制御手段は、複数の温度センサからの検出温度および複数の目標温度に基いて、制御対象の温度を制御するものであり、前記反応制御手段は、複数の温度センサからの各検出温度に基いて、複数の目標温度または前記補正値を生成するものであって、各検出温度に個別的に対応する反応量のばらつきを抑制するように、前記目標温度または前記補正値を生成するものである。

この実施態様によると、複数チャンネルの制御において、各チャンネル間の反応量のばらつきを抑制できるので、均一な反応生成物を得ることができる。

本発明の他の実施態様においては、前記反応制御手段は、前記検出温度を、温度が高い程反応速度が大きい反応速度関数によって反応速度に変換し、変換した反応速度を積算して反応量に変換するものである。

この実施態様によると、反応速度関数を用いて検出温度を、反応量に変換することができる。

以上のように本発明によれば、検出情報を反応量の情報に変換し、変換した反応量の情報と目標の反応量の情報とに基いて、制御の目標となる情報を生成するので、反応量の制御が可能となる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る反応制御装置１を備えるシステムの概略構成図である。

この実施の形態は、１チャンネルでも複数チャンネルでも適用できるものであるが、１チャンネルに適用して説明する。

この実施の形態の反応制御装置１は、例えば、半導体ウェハなどの被熱処理物２を、熱処理炉３内でガスを供給しながら熱処理して被熱処理物２に成膜するシステムに適用されるものである。

この反応制御装置１は、従来と同様の構成の温度制御系４における温度制御手段を備えるとともに、反応量を制御する反応制御部５を備えており、被熱処理物２に対して所望の膜厚で成膜できるように反応量を制御するものである。

上記温度制御系４は、反応制御部５から与えられる設定温度(目標温度)と、被熱処理物２の温度を検出する温度センサ６からの検出温度との偏差を算出する減算部８と、この偏差に基づいて、熱処理炉３に配設された図示しない操作手段としてのヒータの通電を制御して被熱処理物２の温度を設定温度になるように制御するＰＩＤ制御部７とを備えており、減算部８およびＰＩＤ制御部７によって上記温度制御手段が構成されている。

反応制御部５は、温度センサ６からの検出温度を、反応量に変換するとともに、変換した反応量と設定される累計反応量設定値とに基いて、設定温度(目標温度)を生成して温度制御系４の温度制御手段に与えるものである。

この反応制御部５は、温度センサ６からの検出温度を、反応量の情報に変換する変換部９と、変換した反応量の情報と目標の反応量の情報とに基いて、設定温度を生成する生成部１０とを備えている。

変換部９は、温度センサ６からの検出温度を、反応速度関数に基いて、反応速度に変換する第１変換回路１１と、この第１変換回路１１の反応速度を積算して反応量に変換する積算回路１２とを備えている。

生成部１０は、変換部９で変換された反応量と、図示しない上位機器や設定部から設定される目標の反応量である累計反応量設定値との偏差を算出する減算部１３と、算出された反応量の偏差を、調整ゲインＫ１に基いて調整して反応速度目標値として出力するゲイン調整回路１４と、この反応速度目標値を、反応速度逆関数に基いて、被熱処理物２の設定温度に変換して温度制御系４の減算部８に与える第２変換回路１５とを備えている。

変換部９の第１変換回路１１では、温度センサ６で検出された被熱処理物２の検出温度を、例えば、図２に示す反応速度関数に従って反応速度に変換する。

この実施の形態の反応速度関数は、被熱処理物２の温度(℃)と反応速度である１分当たりに成膜される膜の厚み(ｍｍ／分)との関係を示すものであり、アレニウスの法則に基くものである。すなわち、反応の速度定数ｋは、
ｋ＝Ａｅ^{−Ｅ／ＲＴ}
ここで、Ａ：温度に無関係な定数(度数因子)
Ｅ：活性化エネルギー
Ｒ：ガス定数
Ｔ：温度
である。

なお、この実施の形態では、Ａ＝１．００Ｅ＋１２、Ｅ＝１００、Ｒ＝０．０１としている。

積算回路１２は、第１変換回路１１で変換された反応速度を積算して反応量、この実施の形態では、成膜される膜の厚みに変換するものであり、この積算回路１２では、被熱処理物２の熱処理が開始されたタイミングで積算を開始し、被熱処理物２の熱処理が終了したタイミングで積算を停止する。

例えば、被熱処理物２を、熱処理炉３に投入した時点で、積算値をリセットとして積算を開始し、被熱処理物２を熱処理炉３から取り出した時点で、積算を終了する。

図示しない上位機器や設定部から設定される累計反応量設定値は、例えば、熱処理を開始してから時間的に徐々に変化して一定となるような設定値であってもよいし、最初から一定の設定値であってもよい。

生成部１０の第２変換回路１５は、ゲイン調整回路１４からの反応速度目標値を、図３に示す反応速度逆関数に基いて、被熱処理物２の設定温度に変換するものである。

この反応速度逆関数は、上述の図２の反応速度関数の縦軸横軸、すなわち、入出力を入れ換えた関数であり、反応速度を入力として、被熱処理物２の設定温度を出力とするものである。

ゲイン調整回路１４のゲインＫ１は、例えば、発振を生じないような値に実験的に設定される。

この実施の形態では、ＰＩＤ制御部７および反応制御部５は、マイクロコンピュータによって構成されており、このマイクロコンピュータのＲＯＭに格納されている本発明に係るプログラムを実行することにより、被熱処理物２の温度を制御して反応量である膜厚を制御することができる。

上記構成によると、温度制御系４は、従来と同様に、温度センサ６で検出される被熱処理物２の温度が、反応制御部５からの設定温度になるように温度制御を行なう。

これによって、例えば、熱処理を開始してから時間的に徐々に変化して一定となる累計反応量設定値が設定された場合に、検出温度に基いて変換部９で変換された反応量が、累計反応量設定値に達していないときには、温度制御系４に対する設定温度が高くなって反応が促進され、逆に、検出温度に基いて変換部９で変換された反応量が、累計反応量設定値を上回ったときには、設定温度が低くなって反応が抑制され、反応量の偏差がなくなるように制御されることになり、累計反応量設定値になるように反応量である膜厚が制御されることになる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の他の実施の形態に係る反応制御装置１ａの概略構成図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

上述の実施の形態１では、反応量の偏差に基く設定温度を、温度制御系４の設定温度として制御したのに対して、この実施の形態では、温度制御系４ａには、従来と同様に設定温度が設定されるとともに、この設定温度を、反応制御部５ａからの補正値によって補正するように構成している。

この実施の形態は、複数チャンネルの反応制御に適用されるものであり、各チャンネルの反応量のばらつき、すなわち、各チャンネル毎に膜厚がばらつくのを抑制して被熱処理物２に対して均一な膜厚で成膜するように制御するものである。

このため、この実施の形態では、反応制御部５ａの生成部１０ａは、各チャンネルの反応量の平均値を算出する平均回路１６と、積算回路１２で算出された反応量と平均回路１６の平均値との差、すなわち、各チャンネル毎の平均値からの反応量のばらつきを算出する減算部１７と、この反応量のばらつきと、設定された反応量のばらつきの設定値、この実施の形態では、「０」との偏差を算出する減算部１８と、この減算部１８で算出された反応量のばらつきの偏差を反応速度補正値とし、この反応速度補正値を、反応速度変化率算出回路１９からの反応速度変化率Ｋ２で除算して被熱処理物温度の補正値を算出する補正回路２０と、この補正回路２０の補正値を調整ゲインＫ１に基いて調整して設定温度の補正値を算出するゲイン調整部１４とを備えている。

なお、反応量のばらつきの設定値は、「０」に限らず、各チャンネル毎に所要の差を生じさせたいときには、対応する値を設定値とすればよい。また、各チャンネル毎の反応量の平均値に代えて、他の基準値を用いるようにしてもよい。

反応速度変化率算出回路１９は、温度センサ６からの被熱処理物２の検出温度を、図５に示す関数に従って反応速度変化率Ｋ２を算出するものである。

この図５の関数は、上述の図２の反応速度関数を、下記に示すように温度Ｔで微分したものである。

ｄｋ／ｄＴ＝(Ｅ／ＲＴ^２)×Ａｅ^{−Ｅ／ＲＴ}
なお、反応速度変化率算出回路１９は、関数に代えて、被熱処理物２の検出温度と反応速度変化率Ｋ２との関係を示すデータをテーブルとして格納し、このテーブルに基いて、反応速度変化率Ｋ２を算出してもよい。

補正回路２０は、被熱処理物温度の補正値を、反応速度変化率Ｋ２で除算することにより、温度による変換のばらつきを補正するものである。

すなわち、図２の反応速度関数は、温度に対して反応速度が指数関数的に変化するので、温度によって、反応速度の変化の度合いが大きく相違することになる。このため、補正回路２０では、反応速度補正値を温度補正値にする際に、反応速度変化率Ｋ２で除算することにより、前記相違を補正するものであり、例えば、温度に対する反応速度の変化の度合いが大きいときには、大きな反応速度変化率Ｋ２で除算して変化の度合いの相違を補正するものである。

この実施の形態の反応制御部５ａでは、各チャンネル毎の反応量と複数チャンネルの反応量の平均値との差、すなわち、各チャンネル毎の膜厚の平均値からのばらつきが「０」になるように、設定温度の補正値を生成して温度制御系４ａに与えるものである。

温度制御系４ａは、従来と同様に、温度センサ６で検出される被熱処理物２の温度が、反応制御部５ａからの補正値で補正された設定温度になるように温度制御を行なう。

これによって、検出温度に基いて変換部９で変換された各チャンネルの反応量が、複数チャンネルの反応量の平均値に達していないときには、対応するチャンネルの設定温度が高くなるように補正されて反応が促進され、逆に、検出温度に基いて変換部９で変換された各チャンネルの反応量が、複数チャンネルの反応量の平均値を上回ったときには、対応するチャンネルの設定温度が低くなるように補正されて反応が抑制され、各チャンネルの反応量の平均値に一致するように、すなわち、各チャンネルに対応する膜厚が均一になるように、つまり、被熱処理物２に形成される膜が均一な膜厚になるように制御されることになる。

なお、最終的な膜厚は、熱処理の時間で制御することができる。

(実施の形態３)
図６は、本発明の更に他の実施の形態に係る反応制御装置１ｂの概略構成図であり、上述の実施の形態１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

上述の実施の形態１では、被熱処理物２の温度を直接検出したけれども、この実施の形態は、被熱処理物２の温度を直接検出するのが困難であるような場合の構成である。

すなわち、この実施の形態では、温度制御系４ｂは、熱処理炉３の温度を検出する温度センサ６からの検出温度に基いて、被熱処理物２の温度を推定する被熱処理物温度推定回路２１を備えており、被熱処理物２の温度を推定して反応制御部５に与え、反応制御部５では、推定された被熱処理物２の温度に基いて、上述の実施の形態１と同様にして被熱処理物２の設定温度を生成して温度制御系４ｂに与えるようにしている。

被熱処理物２の温度の推定は、ＡＲＸモデル、ＡＲＭＡモデル、伝達関数モデル、状態空間モデルなどの従来公知の一般的なモデルを用いて行うことができる。

その他の構成は、上述の実施の形態１と同様である。

(実施の形態４)
図７は、本発明の更に他の実施の形態に係る反応制御装置１ｃの概略構成図であり、上述の実施の形態２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

上述の実施の形態２では、被熱処理物２の温度を直接検出したけれども、この実施の形態は、被熱処理物の温度を直接検出するのが困難であるような場合の構成である。

すなわち、この実施の形態では、温度制御系４ｃは、熱処理炉３の温度の検出する温度センサ６からの検出温度に基いて、被熱処理物２の温度を推定する被熱処理物温度推定回路２２を備えており、被熱処理物２の温度を推定して上述の実施の形態２と同様の制御を行なっている。

この実施の形態では、例えば、３チャンネルであって、温度センサ６が３個であり、各チャンネル毎に設定温度が設定されるとともに、反応制御部５ｃからの補正値によって各チャンネルの設定温度が補正される。一方、被熱処理物であるワークの温度推定点は、例えば、２点である。

このため、被熱処理物温度推定回路２２では、例えば、次のようにして、温度センサ６からの検出温度に基づいて、被熱処理物であるワークの２点の温度を推定する。

すなわち、
センサ温度Ｔｓ＝[Ｔｓ１Ｔｓ２Ｔｓ３]^Ｔ
ワーク温度Ｔｗ＝[Ｔｗ１Ｔｗ２]^Ｔ
とする。

但し、Ｘ^Ｔは、Ｘの転置行列を示す。

センサの温度Ｔｓと被熱処理物であるワークの温度Ｔｗとの間に、次のような関係があったとする。

Ｔｗ１＝(Ｃ１１・Ｔｓ１)＋(Ｃ１２・Ｔｓ２)＋(Ｃ１３・Ｔｓ３)＋ｄ１
Ｔｗ２＝(Ｃ２１・Ｔｓ１)＋(Ｃ２２・Ｔｓ２)＋(Ｃ２３・Ｔｓ３)＋ｄ２
但し、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３、ｄ１，ｄ２は、定数係数である。

かかる関係は、例えば、各チャンネルの設定温度を、ステップ状にそれぞれ変化させたときのセンサ温度Ｔｓと、被熱処理物であるワークに取り付けた温度センサの検出温度Ｔｗとを計測することにより求めることができる。

したがって、温度センサ６の検出温度を、被熱処理物であるワークの温度Ｔｗに、次式によって変換することができる。

Ｔｗ＝Ｃ・Ｔｓ＋ｄ
但し、

ｄ＝[ｄ１ｄ２]^Ｔ
反応制御部５ｃは、上述の実施の形態２と基本的に同様であるが、被熱処理物であるワークの２点の温度の補正値を、３チャンネルの熱処理炉３の設定温度の補正値に変換するための被熱処理物−熱処理炉温度変換回路２３を備えている。

この被熱処理物−熱処理炉温度変換回路２３では、次のようにして温度補正の変換を行う。

但し、Ｘ^Ｔは、Ｘの転置行列を示す。

次のような関係があったとする。

Ｔｓ１＝(ａ１１・Ｔｗ１)＋(ａ１２・Ｔｗ２)＋ｂ１
Ｔｓ２＝(ａ２１・Ｔｗ１)＋(ａ２２・Ｔｗ２)＋ｂ２
Ｔｓ３＝(ａ３１・Ｔｗ１)＋(ａ３２・Ｔｗ２)＋ｂ３
但し、ａ１１，ａ１２，ａ２１，ａ２２，ａ３１，ａ３２，ｂ１，ｂ２，ｂ３は、定数係数である。

なお、かかる関係は、上述の被熱処理物温度推定回路２２で説明したセンサの温度Ｔｓと被熱処理物であるワークの温度Ｔｗとの間の上述の関係に基いて、求めることができる。

したがって、被熱処理物であるワークの温度Ｔｗを、センサ温度Ｔsは、次式によって変換することができる。

Ｔｓ＝Ａ・Ｔｗ＋ｂ
但し、

ｂ＝[ｂ１ｂ２ｂ３]^Ｔ
その他は、上述の実施の形態２と同様である。

次に、上述の実施の形態１と従来例のシミュレーションの結果を説明する。

図８は従来例を、図９は上述の実施の形態１にそれぞれ対応し、各図(ａ)は被熱処理物の温度を、各図(ｂ)は反応速度を、各図(ｃ)は反応量をそれぞれ示している。

従来例では、設定温度になるように温度制御を行なっているために、図８(ｃ)に示されるように、破線で示される目標とする反応量よりも反応が進んでおり、このため、目標とする反応量になるように、試行錯誤的に設定温度を調整する必要がある。

これに対して、実施の形態１では、反応量に変換し、目標の反応量になるように制御しているので、図９(ｃ)に示すように、試行錯誤的に調整を行うことなく、破線で示される目標の反応量に制御されることになる。

さらに、本発明では、外乱によっても反応量に誤差が生じるのを有効に抑制することができる。これについて、図１０および図１１に基いて、説明する。

図１０は、従来例の外乱有り(破線)と外乱無し(実線)の場合を、図１１は、従来例の外乱有り(破線)と実施の形態１の外乱有り(実線)の場合を示すものであり、各図(ａ)は被熱処理物の温度の時間変化を、各図(ｂ)は反応速度の時間変化を、各図(ｃ)は累計反応量の時間変化をそれぞれ示している。

ここで、従来例は、上述のように予め試行錯誤的に所望の累計反応量となるように調整されており、外乱がない場合には、図１０(ｃ)の実線に示すように、所望の累計反応量となっている。

図１０(ａ)に示すように、例えば、温度を低下させる冷却外乱Ａが印加されると、破線で示すように、外乱がない場合に比べて温度の上昇の割合が低下し、設定温度である６０℃に到達するタイミングが遅れるとともに、６０℃を維持する期間が短くなる。

このため、図１０(ｂ)の破線に示すように、反応速度も外乱がない実線の場合に比べて低下し、図１０(ｃ)の破線に示すように、累計反応量も外乱がない実線の場合に比べて低下することになる。

これに対して、反応量を制御する実施の形態１では、図１１(ａ)に示すように、冷却外乱によって温度の上昇が低下して反応速度が低下し、所望の反応量に達しないときには、所望の反応量にするために、図１１(ａ)の実線に示すように温度を６０℃以上に制御することになり、図１１(ｂ)の実線に示すように、破線で示す従来例の比べて反応速度を高め、これによって、冷却外乱の印加によって反応量が不足した分を、補うようにしており、図１１(ｃ)の実線に示すように、従来例の外乱がない場合、すなわち、図１０(ｃ)の実線の場合と同様に所望の累計反応量に制御できることになる。

このように従来例では、試行錯誤的に所望の反応量になるように設定温度を調整して制御を開始しても、外乱が印加された場合には、所望の反応量から誤差を生じるのに対して、反応量を制御する実施の形態１では、外乱が印加されても所望の反応量からの誤差が低減されることになる。

（その他の実施の形態）
上述の各実施の形態では、反応制御装置は、温度制御手段と反応制御部とを内蔵する構成であったけれども、本発明の他の実施の形態として、反応制御部を独立の反応制御装置として構成し、温度制御手段としての従来の温度制御装置に接続できるように構成してもよい。

上述の各実施の形態を組み合わせる、例えば、累計反応量設定値に反応量を制御する実施の形態１，３に、各チャンネルの反応量のばらつきを抑制する実施の形態２，４を組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、熱処理盤、連続炉、拡散炉、ＣＶＤ装置、包装機などの各種の熱処理における反応制御に適用できるものであり、さらに、温度を制御して反応を制御する構成に限らず、圧力や流量などを制御して反応を制御する構成に適用してもよい。

本発明は、各種の反応の制御に有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る反応制御装置を備えるシステムの概略構成図である。反応速度関数を示す図である。反応速度逆関数を示す図である。本発明の他の実施の形態に係るシステムの概略構成図である。反応速度変化率を示す図である。本発明の他の実施の形態に係るシステムの概略構成図である。本発明の更に他の実施の形態に係るシステムの概略構成図である。従来例のシミュレーション結果を示す図である。実施の形態のシミュレーション結果を示す図である。従来例の外乱印加による影響を示す図である。実施の形態の外乱印加による影響を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ反応制御装置
２被熱処理物
５，５ａ，５ｃ反応制御部
９変換部
１０，１０ａ，１０ｃ生成部

Claims

制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御装置に対して、前記目標温度を与えて反応を制御する装置であって、
前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する第１変換回路と、この第１変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、
前記変換手段で変換された反応量の情報と上位機器や設定部から設定される目標の反応量の情報である累計反応量設定値との偏差を算出する減算部と、算出された反応量の偏差を調整ゲインに基いて調整して反応速度目標値として出力するゲイン調整回路と、この反応速度目標値を反応速度逆関数に基いて前記制御対象の前記目標温度に変換して前記温度制御装置に与える第２変換回路とからなる生成手段と、
を含むことを特徴とする反応制御装置。
制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御装置に対して、前記目標温度を補正する補正値を与えて反応を制御する装置であって、
前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する変換回路と、この変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、
前記変換手段で変換された反応量の情報の平均値を算出する平均回路と、前記積算回路で算出された反応量と前記平均回路の平均値との差を算出する第１減算部と、この第１減算部で算出した反応量のばらつきと設定された反応量のばらつきの設定値との偏差を算出する第２減算部と、この第２減算部で算出された反応量のばらつきの偏差を反応速度補正値としこの反応速度補正値を反応速度変化率算出回路からの反応速度変化率で除算して前記制御対象の補正値を算出する補正回路と、この補正回路の補正値を調整ゲインに基いて調整して前記制御対象の前記目標温度の補正値を算出するゲイン調整部とからなる生成手段と、
を含むことを特徴とする反応制御装置。
制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御手段と、
前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する第１変換回路と、この第１変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、前記変換手段で変換された反応量の情報と上位機器や設定部から設定される目標の反応量の情報である累計反応量設定値との偏差を算出する減算部と、算出された反応量の偏差を調整ゲインに基いて調整して反応速度目標値として出力するゲイン調整回路と、この反応速度目標値を反応速度逆関数に基いて前記制御対象の前記目標温度に変換して前記温度制御装置に与える第２変換回路とからなる生成手段とからなり、前記目標温度を生成して前記温度制御手段に与える反応制御手段と、
を備えることを特徴とする反応制御装置。
制御対象の検出温度が、目標温度になるように前記制御対象の温度を制御する温度制御手段と、
前記検出温度を反応速度関数に基いて反応速度に変換する変換回路と、この変換回路の反応速度を積算して反応量の情報に変換する積算回路とからなる変換手段と、前記変換手段で変換された反応量の情報の平均値を算出する平均回路と、前記積算回路で算出された反応量と前記平均回路の平均値との差を算出する第１減算部と、この第１減算部で算出した反応量のばらつきと設定された反応量のばらつきの設定値との偏差を算出する第２減算部と、この第２減算部で算出された反応量のばらつきの偏差を反応速度補正値としこの反応速度補正値を反応速度変化率算出回路からの反応速度変化率で除算して前記制御対象の補正値を算出する補正回路と、この補正回路の補正値を調整ゲインに基いて調整して前記制御対象の前記目標温度の補正値を算出するゲイン調整部とからなる生成手段とからなり、前記目標温度を補正する補正値を生成して前記温度制御手段に与える反応制御手段と、
を備えることを特徴とする反応制御装置。
前記反応制御手段は、変換した反応量が、目標の反応量に一致するように、前記目標温度または前記補正値を生成する請求項３または４に記載の反応制御装置。
前記温度制御手段は、複数の温度センサからの検出温度および複数の目標温度に基いて、制御対象の温度を制御するものであり、
前記反応制御手段は、複数の温度センサからの各検出温度に基いて、複数の目標温度または前記補正値を生成するものであって、各検出温度に個別的に対応する反応量のばらつきを抑制するように、前記目標温度または前記補正値を生成する請求項３または４に記載の反応制御装置。
前記反応制御手段は、前記検出温度を、温度が高い程反応速度が大きい反応速度関数によって反応速度に変換し、変換した反応速度を積算して反応量に変換する請求項３〜６のいずれか１項に記載の反応制御装置。