JPH11231946A - 多段蓄熱タンクの温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】蓄熱タンクの出口温度を常に所定の許容範囲内
に調整する。 【解決手段】最終段のタンク内の温度流体を加熱する第
１の加熱手段１７、及び最終段以外の段のタンク内の温
度流体を加熱する第２の加熱手段１６を有する多段蓄熱
タンクの温度制御装置において、直列多段型蓄熱タンク
の出口での温度流体の温度を検出する第１の温度検出手
段２１、当該段のタンクの直前段の温度流体の温度を検
出する第２の温度検出手段２０、目標温度と前記第１の
温度検出手段の検出温度に基づいて直列多段型蓄熱タン
クの出口温度が目標温度に一致するよう前記第１の加熱
手段をフィードバック制御する第１の制御手段１９、並
びに前記第１及び第２の温度検出手段２１，２０の各検
出温度の合計値が予め設定された所定の設定温度より小
さい場合に第２の加熱手段１６をオンするようオンオフ
制御する第２の制御手段１８を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体循環供給系
に配される直列多段型蓄熱タンクの温度制御装置に関
し、特に熱負荷の有無にかかわらず蓄熱タンクの出口温
度を常に一定に調整するための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、被温度制御対象物の温度制御を行う温度制御装置
には、被温度制御対象物に対して所定の設定温度に調整
した温度流体を循環供給するようにしたものが提供され
ている。すなわち、この温度制御装置では、供給した温
度流体と被温度制御対象物との間で熱交換を行うことに
より、当該被温度制御対象物を速やかに所望の温度に制
御するようにしている。

【０００３】通常、この種の温度制御装置では、被温度
制御対象物を通過して返送される温度流体に温度変動が
生じるため、温度流体の循環供給系に蓄熱タンクを介在
させ、該蓄熱タンクによって返送流体の温度変動を緩和
・吸収させるようにしている。すなわち、蓄熱タンクの
内部において貯留された熱量をもつ温度流体と返送流体
との間で熱の授受を行わせ、当該返送流体の温度変動を
緩和・吸収させるようにしている。

【０００４】ところで、温度制御すべき被温度制御対象
物には、その温度変化が大きいものもある。例えば、半
導体の製造工程においては、塗布したレジスト膜に残存
する溶剤を取り除くためにウェハを１１０〜１３０℃に
加熱するプリベーキング工程や、エッチング前にレジス
トと基板との密着を容易にするためにウェハを１２０〜
１５０℃に加熱するポストベーキング工程等の加熱工程
が含まれていると共に、加熱したウェハを都度室温レベ
ル（２０℃程度）まで冷却するクーリング工程等の冷却
工程が含まれ、しかもこれら加熱工程と冷却工程とを数
十秒間隔で繰り返す必要がある。

【０００５】このような温度変化の大きい被温度制御対
象物に対して温度流体を供給した場合には、返送流体に
生じる温度変動も著しく増大することになるため、流体
循環供給系に介在させた１つの蓄熱タンクのみではこれ
を十分に緩和・吸収することができず、蓄熱タンクに温
度変動が生じ、この温度変動を伴った温度流体が被温度
制御対象物に供給される虞れがある。

【０００６】こうした事態を解決するには、返送流体の
流量に対して蓄熱タンクの容量を十分大きくすることが
考えられる。しかしながら、蓄熱タンクの容量を大きく
した場合には、その設置スペースの増大、使用する温度
流体の著しい増大等々、新たな問題が生じることにな
る。

【０００７】そこで、本出願人は、特願平９−３４９３
９８号(平成９年１２月１８日出願)において、複数の蓄
熱タンクを直列多段型に隣接配置することにより、返送
流体の温度変動を、複数の蓄熱タンクを通過する毎に段
階的に緩和、吸収するようにして、温度変動の少ない流
体を蓄熱タンクから供給できるようにした技術を提案し
ている。

【０００８】この技術において、ウェハを室温レベルか
ら１５０゜Ｃ程度まで加熱するためために、高温流体供
給用の直列多段型蓄熱タンクを用いて、ウェハに高温流
体を供給する場合を考える。各段のタンクにはヒータが
内蔵されており、これら各段のヒータを各別に制御でき
るものとする。

【０００９】かかる直列多段型蓄熱タンクにおいて、そ
の出口から流出される温度流体の温度を熱負荷の有無に
かかわらず常に一定するべく、本出願人は従前次のよう
な制御手法を採用するようにしていた。

【００１０】すなわち、各段のタンク毎に、当該段のヒ
ータを温度制御するＰＩＤ調整器および当該段のタンク
内の温度流体の温度を検出する温度センサを設け、各段
の温度センサの検出温度を各段毎のＰＩＤ調整器にフィ
ードバックすることで、各段のタンク内の温度を目標温
度に一致させようとする。

【００１１】しかしながらこの制御によれば、ＰＩＤ制
御による応答遅れによって熱負荷投入の際に蓄熱タンク
の出口温度を目標温度±１〜２゜Ｃなどの厳しい許容範
囲内に収めることができず、熱負荷発生期間（ウェハが
加熱されている期間）の後半部分や熱負荷発生期間の後
に蓄熱タンクの出口温度が上記許容範囲を超えて大きく
低下してしまい、またこの低下した温度が前記許容範囲
内まで戻るのに多くの時間を要してしまう。すなわち、
ウェハが加熱されている期間には、ウェハとの熱交換に
よって冷めた温度流体が蓄熱タンクに流入されることに
なるが、この際、ＰＩＤ制御のみによっては各段のヒー
タをフルパワーで加熱することができないので、蓄熱タ
ンク内で充分な加熱を行う事ができず、結果的に前述し
たような出口温度のばらつきが生じてしまう。

【００１２】このような蓄熱タンクの出口部での温度変
動は、被温度制御対象物であるウェハの最終的な到達温
度を変動させたりあるいはウェハを所定の温度まで上昇
させるまでの加熱時間のばらつきを発生させてしまうこ
とになり、ベーキングの精度を低下させる要因となる。
また、蓄熱タンクの出口温度の立上がり（熱負荷発生後
の立上がり）の遅さは、次のウェハの加熱を行うまでの
待機時間の延長を発生させ、加工サイクルタイムを長く
してしまう。

【００１３】なお、このような現象は、ウェハを冷却す
るための低温流体供給系に備えられている蓄熱タンクに
も、同様に発生する。

【００１４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、熱負荷の有無に関係なく蓄熱タンクの出口温度を常
に所定の許容範囲内に調整することができる多段蓄熱タ
ンクの温度制御装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用効果】請求項１に
対応する発明では、複数のタンクが温度流体循環系に対
して直列に多段接続された直列多段型蓄熱タンクと、こ
の直列多段型蓄熱タンクの最終段のタンク内の温度流体
を加熱する第１の加熱手段と、最終段以外の段のタンク
内の温度流体を加熱する第２の加熱手段とを有し、前記
第１および第２の加熱手段を加熱制御することにより被
温度制御対象物からの返送温度流体を所定の設定温度に
調整して前記被温度制御対象物に循環供給するようにし
た多段蓄熱タンクの温度制御装置において、前記直列多
段型蓄熱タンクの出口での温度流体の温度を検出する第
１の温度検出手段と、当該段のタンクの直前段の温度流
体の温度を検出する第２の温度検出手段と、目標温度と
前記第１の温度検出手段の検出温度に基づいて直列多段
型蓄熱タンクの出口温度が目標温度に一致するよう前記
第１の加熱手段をフィードバック制御する第１の制御手
段と、前記第１及び前記第２の温度検出手段の各検出温
度の合計値が予め設定された所定の設定温度より小さい
場合に前記第２の加熱手段をオンするよう前記第２の加
熱手段をオンオフ制御する第２の制御手段とを備えるよ
うにしている。

【００１６】この請求項１に対応する発明では、最終段
のタンクにおいては、目標温度およびフィードバックさ
れた蓄熱タンクの出口温度に基づき出口温度を目標温度
に一致させるフィードバック制御を最終段のタンクの加
熱手段に対して熱負荷の有無にかかわらず常に実行して
いる。一方、最終段以外の段のタンクにおいては、当該
段の直前段のタンク内の温度と前記蓄熱タンクの出口温
度の合計値（和）が所定の設定温度より小さい場合にの
み当該段の加熱手段をオンにし、それ以外の場合は該加
熱手段をオフするようなオンオフ制御を実行している。

【００１７】すなわちこの発明では、温度流体循環系の
状態を、熱負荷が実際に発生している状態と、熱負荷が
かかる前の状態と、熱負荷がなくなった直後の状態とに
分け、現在の状態がこれら３つの状態の何れであるかを
前記第１および第２の温度検出手段の合計値と所定の設
定温度との比較に基づいて判断し、熱負荷が実際に発生
している状態と熱負荷がなくなった直後の状態との双方
の状態のときに第１の加熱手段の補助加熱手段としての
前記第２の加熱手段をオンにして最終段以外の段のタン
クをフルパワーで加熱することによって、熱負荷による
温度降下をフィードフォワード的に補償すると共に熱負
荷がなくなった直後も出口温度が目標温度に速やかに上
昇するようにしている。

【００１８】例えば、請求項３の如く、直列２段の蓄熱
タンクを想定した場合、蓄熱タンクの入口温度および出
口温度の合計が所定の設定温度より小さい場合に第１段
目のタンクの加熱手段をオンし、それ以外のときに該加
熱手段をオフにするよう制御することになる。ここで、
熱負荷が実際に発生している状態は、蓄熱タンクの入口
温度が他の状態より明らかに低下するので、入り口温度
を見ていればこれを容易に識別することができる。しか
し、熱負荷がかかる前の状態と、熱負荷がなくなった直
後の状態とは、入口温度では識別することはできず、こ
れは出口温度をみて識別する。すなわち、熱負荷発生期
間および熱負荷発生期間が終了した直後には、熱交換に
よって冷めた温度流体が蓄熱タンクに返送されることに
起因して、蓄熱タンクの出口温度は低下傾向にある。そ
こで、この出口温度の差を識別する事により、現在の状
態が熱負荷がかかる前の状態であるかあるいは熱負荷が
なくなった直後の状態であるかを識別するようにする。
この請求項１の発明では、入り口温度および出口温度の
合計値を用いる事で、上記の判定をひとまとめに行うよ
うにしている。

【００１９】このようにこの発明によれば、多段蓄熱タ
ンクの最終段タンクにおいては出口温度を目標温度に一
致させるフィードバック制御を実行し、最終段以外の段
のタンクにおいては当該段の直前段のタンク内の温度お
よび前記蓄熱タンクの出口温度の合計温度と所定の設定
温度との比較に基づいて当該タンクの加熱手段をオンオ
フ制御するようにしたので、熱負荷による温度降下がフ
ィードフォワード的に補償されると共に、蓄熱タンクの
出口温度を熱負荷がなくなった後、速やかに目標温度ま
で上昇させることが可能になり、これにより蓄熱タンク
の出口温度を熱負荷の有無にかかわらず常に所定の許容
温度範囲内に入れておくことができるようになる。した
がって、被温度制御対象物を、短い時間で、短いサイク
ルタイムで温度分布なく加熱制御することが可能にな
る。

【００２０】請求項２に対応する発明では、複数のタン
クが温度流体循環系に対して直列に多段接続された直列
多段型蓄熱タンクと、この直列多段型蓄熱タンクの最終
段のタンク内の温度流体を加熱する第１の加熱手段と、
最終段以外の段のタンク内の温度流体を加熱する第２の
加熱手段とを有し、前記第１および第２の加熱手段を加
熱制御することにより被温度制御対象物からの返送温度
流体を所定の設定温度に調整して前記被温度制御対象物
に循環供給するようにした多段蓄熱タンクの温度制御装
置において、前記直列多段型蓄熱タンクの出口での前記
温度流体の温度を検出する第１の温度検出手段と、当該
段のタンクの直前段の前記温度流体の温度を検出する第
２の温度検出手段と、目標温度と前記第１の温度検出手
段の検出温度に基づいて直列多段型蓄熱タンクの出口温
度が目標温度に一致するよう前記第１の加熱手段をフィ
ードバック制御する第１の制御手段と、前記第１の温度
検出手段の検出値が第１の設定温度より大きくかつ第２
の温度検出手段の検出値が第１の設定温度より小さな第
２の設定温度より大きい場合にのみ前記第２の加熱手段
をオフするよう前記第２の加熱手段をオンオフ制御する
第２の制御手段とを備えるようにしている。

【００２１】この請求項２の発明では、多段蓄熱タンク
の最終段タンクにおいては出口温度を目標温度に一致さ
せるフィードバック制御を実行し、最終段以外の段のタ
ンクにおいては、蓄熱タンクの出口温度が第１の設定温
度より大きくかつ当該段の直前段のタンク内の温度が第
２の設定温度より大きい場合にのみ当該段の加熱手段を
オフするようなオンオフ制御を実行している。

【００２２】この請求項２の発明の基本的な技術発想は
先の請求項１の発明と同様であり、第２の制御手段によ
って第２の加熱手段をオンオフさせる際の判断の手法の
みが請求項１の発明と異なっている。すなわち、この場
合は、蓄熱タンクの出口温度が第１の設定温度より大き
くかつ当該段の直前段のタンク内の温度が第２の設定温
度より大きい場合は熱負荷がかかる前の状態であると判
断し、このときのみに当該段の加熱手段をオフし、それ
以外のときは熱負荷が実際に発生している状態であるか
または熱負荷がなくなった直後の状態であると判断し、
これらの場合は当該段の加熱手段をフルパワーでオンす
るようにしている。

【００２３】したがって、この請求項２に対応する発明
でも、先の請求項１の発明と同様、熱負荷による温度降
下がフィードフォワード的に補償されると共に、蓄熱タ
ンクの出口温度を熱負荷がなくなった後、速やかに目標
温度まで上昇させることが可能になり、これにより蓄熱
タンクの出口温度を熱負荷の有無にかかわらず常に所定
の許容温度範囲内に入れておくことができるようにな
る。したがって、被温度制御対象物を、短い時間で、短
いサイクルタイムで温度分布なく加熱制御することが可
能になる。

【００２４】請求項４に対応する発明では、複数のタン
クが温度流体循環系に対して直列に多段接続された直列
多段型蓄熱タンクと、この直列多段型蓄熱タンクの最終
段のタンク内の温度流体を加熱または冷却する温度調整
手段と、最終段以外の段のタンク内の温度流体を冷却す
る冷却手段とを有し、前記温度調整手段および冷却手段
を制御することにより被温度制御対象物からの返送温度
流体を所定の設定温度に調整して前記被温度制御対象物
に循環供給するようにした多段蓄熱タンクの温度制御装
置において、前記直列多段型蓄熱タンクの出口での前記
温度流体の温度を検出する第１の温度検出手段と、当該
段のタンクの直前段の前記温度流体の温度を検出する第
２の温度検出手段と、目標温度と前記第１の温度検出手
段の検出温度に基づいて直列多段型蓄熱タンクの出口温
度が目標温度に一致するよう前記温度調整手段をフィー
ドバック制御する第１の制御手段と、前記第１及び前記
第２の温度検出手段の各検出温度の合計値が予め設定さ
れた所定の設定温度より大きい場合に前記冷却手段をオ
ンするよう前記冷却手段をオンオフ制御する第２の制御
手段とを備えるようにしている。

【００２５】この請求項４に対応する発明は、冷却流体
供給系に配される蓄熱タンクの温度制御に関するもので
あり、最終段のタンクには加熱または冷却動作を行える
温度調整手段を配し、それ以外の段には冷却手段を配し
ている。最終段のタンクにおいては、目標温度およびフ
ィードバックされた蓄熱タンクの出口温度に基づき出口
温度を目標温度に一致させるフィードバック制御を最終
段のタンクの温度調整手段に対して熱負荷の有無にかか
わらず常に実行している。一方、最終段以外の段のタン
クにおいては、当該段の直前段のタンク内の温度と前記
蓄熱タンクの出口温度の合計値（和）が所定の設定温度
より大きい場合にのみ当該段の冷却手段をオンにし、そ
れ以外の場合は該冷却手段をオフするようなオンオフ制
御を実行している。

【００２６】すなわちこの発明においても、冷却流体循
環系の状態を、熱負荷が実際に発生している状態と、熱
負荷がかかる前の状態と、熱負荷がなくなった直後の状
態とに分け、現在の状態がこれら３つの状態の何れであ
るかを前記第１および第２の温度検出手段の合計値と所
定の設定温度との比較に基づいて判断し、熱負荷が実際
に発生している状態と熱負荷がなくなった直後の状態と
の双方の状態のときに冷却手段をオンにして最終段以外
の段のタンクをフルパワーで冷却することによって、熱
負荷による温度上昇をフィードフォワード的に補償する
と共に熱負荷がなくなった直後も出口温度が目標温度に
速やかに下降するようにしている。

【００２７】したがってこの発明では、冷却流体循環系
の蓄熱タンクの出口温度を熱負荷の有無にかかわらず常
に所定の許容温度範囲内に入れておくことができるよう
になる。よって、被温度制御対象物を、短い時間で、短
いサイクルタイムで温度分布なく冷却制御することが可
能になる。

【００２８】請求項５に対応する発明では、複数のタン
クが温度流体循環系に対して直列に多段接続された直列
多段型蓄熱タンクと、この直列多段型蓄熱タンクの最終
段のタンク内の温度流体を加熱または冷却する温度調整
手段と、最終段以外の段のタンク内の温度流体を冷却す
る冷却手段とを有し、前記温度調整手段および冷却手段
を制御することにより被温度制御対象物からの返送温度
流体を所定の設定温度に調整して前記被温度制御対象物
に循環供給するようにした多段蓄熱タンクの温度制御装
置において、前記直列多段型蓄熱タンクの出口での前記
温度流体の温度を検出する第１の温度検出手段と、当該
段のタンクの直前段の前記温度流体の温度を検出する第
２の温度検出手段と、目標温度と前記第１の温度検出手
段の検出温度に基づいて直列多段型蓄熱タンクの出口温
度が目標温度に一致するよう前記温度調整手段をフィー
ドバック制御する第１の制御手段と、前記第１の温度検
出手段の検出値が第１の設定温度より小さくかつ第２の
温度検出手段の検出値が第１の設定温度より大きな第２
の設定温度より小さい場合にのみ前記冷却手段をオフす
るよう前記冷却手段をオンオフ制御する第２の制御手段
とを備えるようにしている。

【００２９】この請求項５も、請求項４の発明と同様、
冷却流体供給系に配される蓄熱タンクの発明であり、蓄
熱タンクの出口温度が第１の設定温度より小さくかつ当
該段の直前段のタンク内の温度が第２の設定温度より小
さい場合は熱負荷がかかる前の状態であると判断し、こ
のときのみに冷却手段をオフし、それ以外のときは熱負
荷が実際に発生している状態であるかまたは熱負荷がな
くなった直後の状態であると判断し、これらの場合は冷
却手段をフルパワーでオンするようにしている。

【００３０】したがって、この請求項５に対応する発明
でも、熱負荷による温度上昇がフィードフォワード的に
補償されると共に、蓄熱タンクの出口温度を熱負荷がな
くなった後、速やかに目標温度まで下降させることが可
能になり、これにより蓄熱タンクの出口温度を熱負荷の
有無にかかわらず常に所定の許容温度範囲内に入れてお
くことができるようになる。したがって、被温度制御対
象物を、短い時間で、短いサイクルタイムで温度分布な
く冷却制御することが可能になる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施形態を添付図
面に従って詳細に説明する。

【００３２】図１は、本発明に係る直列多段型蓄熱タン
クを半導体製造工程におけるウェハの温度制御システム
に適用したものである。

【００３３】この温度制御システムは、半導体製造工程
におけるプリベーキングおよびクーリング工程、または
ポストベーキングおよびクーリング工程の際に用いられ
るもので、最初に被温度制御対象物であるウェハＷを高
温に加熱し（ベーキング工程）、その後このウェハＷを
室温まで冷却する（クーリング工程）というサイクルを
ウェハ単位に数十秒間隔で繰り返す制御を行う。すなわ
ち、この温度制御システムは、加熱の際の目標温度Ｔh
と、冷却の際の目標温度Ｔcという２つの目標温度をも
っており、加熱冷却を交互に繰り返す制御を行うもので
ある。

【００３４】ウェハ温度制御装置１は、供給された温度
流体（フロリナート(登録商標)、エチレングリコール、
オイル、水等の液体や窒素、ヘリウム等の気体）を用い
てウェハＷとの間で熱交換を行うための熱交換室２と、
この熱交換室２の上面に設置されるプレート３とを有し
ており、プレート３上に図示しないピンを介してウェハ
Ｗが0.1mm程度の極く僅かの間隔を空けて載置される。

【００３５】熱交換室２内には、例えば、供給された温
度流体を複数の流体噴出ノズルを介して熱交換室２の天
井面に噴射するなど、温度流体とウェハ間の熱交換を速
くかつ均一にするための各種工夫が施されている。

【００３６】プレート３は、上記熱交換が該ウェハＷの
全面に亘って均一に行われるように設けられたもので、
加熱機能のない放吸熱プレートとしてもよいし、ペルチ
ェ素子や薄膜ヒートパネルのように加熱機能を備えたも
のを配置するようにしてもよい。加熱機能のあるプレー
トを配した場合、その加熱機能を用いて、ウェハ温度を
微調整するようにすればよい。

【００３７】このウェハ温度制御装置１の熱交換室２
は、供給管路４、供給用オンオフバルブ５、６および返
送管路７、返送用オンオフバルブ８、９を介して高温流
体循環供給系１０と低温流体循環供給系３０とを備えて
いる。すなわち、高温流体循環供給系１０からの高温流
体によってウェハＷを加熱する場合は、バルブ５、８を
オフにし、かつバルブ６、９をオンにし、また低温流体
循環供給系３０からの低温流体によってウェハＷを冷却
する際には、バルブ５、８をオンにし、かつバルブ６、
９をオフにする。

【００３８】高温流体循環供給系１０は、ウェハ温度制
御装置１に対して１５０℃程度に調整した高温流体を循
環供給するためのもので、その供給管路中に直列多段型
（この場合は２段）の蓄熱タンク１１を備えている。蓄
熱タンク１１は、密閉容器を仕切板１２によって仕切る
ことで、第１タンク１３と第２タンク１４とに分離され
るとともに、これら第１タンク１３よび第２タンク１４
は連通管１５によって連通されている。第１タンク１３
および第２タンク１４にはそれぞれヒータ１６および１
７が内蔵され、これらヒータ１６および１７はオンオフ
コントローラ１８およびＰＩＤコントローラ１９によっ
て制御されている。

【００３９】入口温度センサ２０は蓄熱タンク１１の入
口部の温度流体の温度、すなわちウェハ温度制御装置１
からの返送流体の温度を検出し、この検出温度Ｔ1を加
算点２２に出力する。出口温度センサ２１は蓄熱タンク
１１の出口部の温度流体の温度、すなわちウェハ温度制
御装置１への供給流体の温度を検出し、この検出温度Ｔ
2をＰＩＤコントローラ１９および加算点２２に出力す
る。加算点２２では、入口温度Ｔ1および出口温度Ｔ2の
合計値（和）を求め、この合計値（Ｔ1＋Ｔ2）をオンオ
フコンローラ１８に出力する。

【００４０】ＰＩＤコントローラ１９では、目標温度Ｔ
hとフィードバック信号Ｔ1との偏差に基づきＰＩＤ動作
を行い、その出力に基づいて第２タンク１４内のヒータ
１７を制御する。ただし、第２タンク１４内のヒータ１
７は熱負荷の有無にかかわらず、すなわちウェハＷを加
熱しているか否かに関係なく常にオンしており、ＰＩＤ
コントローラ１９の制御によって常に出口温度Ｔ2を目
標温度Ｔhに一致させるよう動作している。すなわち、
ヒータ１７は、熱負荷がない期間にも管路による放熱に
よる出口温度の低下を抑えるべく動作している。

【００４１】オンオフコントローラ１８では、加算点２
２の加算結果、すなわち入口温度Ｔ1および出口温度Ｔ2
の合計値（Ｔ1＋Ｔ2）と所定の閾値Ｔdとを用いて、図
２に示すような判断を行って、この判断に基づいて第１
タンク１３内のヒータ１６をオンオフ制御する。すなわ
ち、前述したように、第２タンクのヒータ１７は常にオ
ンされてＰＩＤ制御が行われているが、第１タンクのヒ
ータ１６は常にオンされているわけではなく、オンオフ
コントローラ１８の制御によってオンオフされる。

【００４２】オンオフコントローラ１８では、入口温度
Ｔ1および出口温度Ｔ2の合計値（Ｔ1＋Ｔ2）を所定の閾
値Ｔdと比較し（図２、ステップ１００）、Ｔ1＋Ｔ2≧
Ｔdが成立した場合は、ヒータ１６をオフにし（ステッ
プ１１０）、Ｔ1＋Ｔ2＜Ｔdが成立した場合は、ヒータ
１６をオンにするよう制御する（ステップ１２０）。

【００４３】一方、低温流体循環供給系３０は、ウェハ
温度制御装置１に対して２０℃程度に調整した低温流体
を循環供給するためのもので、その循環管路中に、前記
同様の２段の蓄熱タンク３３と、熱交換器３４と、チラ
ー（圧縮冷凍機）３５を備えている。蓄熱タンク３３
は、前記同様の第１タンク３１および第２タンク３２か
ら成り、第２タンク３２にはヒータ３６が内蔵されてい
る。

【００４４】熱交換器３４は、ウェハ温度制御装置１か
らの返送流体と冷却水との間で熱交換を行なわせるため
のもので、低温流体の冷却動作を補助する。

【００４５】チラー３５は、周知のように、圧縮機、凝
縮器、膨張弁、蒸発器、冷媒循環系、冷却水循環系など
を有し、オンオフバルブ３７を介して受入したウェハ温
度制御装置１からの返送流体を冷却して第１タンクに流
入する。なお、チラー３５の手前には２つのオンオフバ
ルブ３７、３８が備えられており、チラー３５を経由し
て返送流体を冷却する場合はバルブ３７がオンにされる
とともにバルブ３８がオフにされ、また返送流体を冷却
しない場合はバルブ３７がオフにされるとともにバルブ
３８がオンにされる。

【００４６】入口温度センサ４２は蓄熱タンク３３の入
口部の温度流体の温度、すなわちウェハ温度制御装置１
からの返送流体の温度を検出し、この検出温度Ｔ3を加
算点３９に出力する。出口温度センサ４３は蓄熱タンク
３３の出口部の温度流体の温度、すなわちウェハ温度制
御装置１への供給流体の温度を検出し、この検出温度Ｔ
4をＰＩＤコントローラ４０および加算点３９に出力す
る。加算点３９では、入口温度Ｔ3および出口温度Ｔ4の
合計値（和）を求め、この合計値（Ｔ3＋Ｔ4）をオンオ
フコンローラ４１に出力する。

【００４７】ＰＩＤコントローラ４０では、目標温度Ｔ
cとフィードバック信号Ｔ3との偏差に基づきＰＩＤ動作
を行い、その出力に基づいて第２タンク３２内のヒータ
３６を制御する。ただし、第２タンク３２内のヒータ２
６はウェハＷを加熱しているか否かに関係なく常にオン
しており、ＰＩＤコントローラ４０の制御によって常に
出口温度Ｔ4を目標温度Ｔcに一致させるよう動作してい
る。

【００４８】オンオフコントローラ４１では、加算点３
９の加算結果、すなわち入口温度Ｔ3および出口温度Ｔ4
の合計値（Ｔ3＋Ｔ4）と所定の閾値Ｔeとを用いて、図
３に示すような判断を行い、この判断に基づいてオンオ
フバルブ３７および３８をオンオフ制御する。すなわ
ち、低温流体循環供給系３０においても、第２タンク３
６のヒータ３６は常にオンされてＰＩＤ制御が行われて
いるが、チラー３５による冷却動作は常にオンされてい
るわけではなく、オンオフコントローラ１８の制御によ
るオンオフバルブ３７および３８のオンオフによってオ
ンオフされる。

【００４９】すなわち、オンオフコントローラ１８で
は、入口温度Ｔ3および出口温度Ｔ4の合計値（Ｔ3＋Ｔ
4）を所定の閾値Ｔeと比較し（図３、ステップ２０
０）、Ｔ3＋Ｔ4≦Ｔeが成立した場合は、バルブ３７を
オフにしてバルブ３８をオンにすることによりチラー３
５をオフにし（ステップ２１０）、Ｔ1＋Ｔ2＞Ｔdが成
立した場合は、バルブ３７をオンにしてバルブ３８をオ
フにすることによりチラー３５をオンにするよう制御す
る（ステップ２２０）。

【００５０】以上の構成において、まず、高温流体循環
供給系１０での制御に関して説明する。

【００５１】高温流体循環供給系１０においては、蓄熱
タンク１１から供給された高温流体がバルブ６を介して
ウェハ温度制御装置に流入され、この高温流体が熱交換
室２内でウェハＷと熱交換された後、バルブ９を介して
蓄熱タンク１１に返送されることになる。ここで、高温
流体の供給開始直後においては、管路４、７や熱交換室
２に低温流体循環供給系１０から供給された低温流体が
残っており、またウェハＷの温度が室温程度つまり２０
℃程度であるため、温度が著しく低下した低温流体が蓄
熱タンク１１に返送される。しかし、その後、蓄熱タン
ク１１から供給された高温流体との熱交換によってウェ
ハＷは急速に加熱され、これに伴い返送流体の温度も急
上昇する。その後、熱負荷が無くなるのに伴って、返送
流体の温度は所定の温度に収束する。

【００５２】一方、蓄熱タンク１１の出口温度は、ウェ
ハとの熱交換が開始された後に目標温度に対し下がり始
めるが、第１タンク１３および第２タンク１４自体の作
用及び各タンク内のヒータ１６、１７の作用によって返
送流体の温度変動が緩和吸収されるために、ウェハＷと
の熱交換が実際に行われている期間の前半及び中間部で
はその低下程度は若干であるが、上記熱交換期間の後半
期間及びウェハＷとの熱交換が終了した直後しばらくの
間も下がり続け、出口目標温度の許容範囲を超えてしま
う。

【００５３】図４は、図１に示した制御による高温流体
循環供給系１０の各部（出口温度Ｔ2、入口温度Ｔ1、プ
レート３の温度、ウェハ温度などの経時的な温度変化を
示すものである。なお、図４中、符号Ｐはウェハ温度制
御装置２に供給される直前の高温流体の温度変化を示す
もので、出口温度Ｔ2に対し供給側管路での放熱分が差
し引かれている。また、符号Ｑは、ウェハ温度制御装置
１のプレート３との熱交換が行われた直後の高温流体の
温度変化を示している。図４のグラフにおいては、横軸
の開始点からウェハＷとの熱交換が開始され、プレート
３の温度と符号Ｑの温度が一致した時点で上記熱交換が
終了している。

【００５４】ここで、前述したように、蓄熱タンク１１
において、第２段タンク１４のヒータ１７は常にオンに
され、ＰＩＤコントローラ１９の制御によって出口温度
Ｔ2が目標温度Ｔhに一致するようにフィードバック制御
されている。

【００５５】一方、図２にその制御手順が示されたオン
オフコントローラ１８では、高温流体循環系の状態を、
ウェハＷを加熱する前の状態Ａと、ウェハＷを実際に加
熱している状態Ｂと、ウェハＷの加熱が終了した後の状
態Ｃとに分け、現在の状態が状態Ａと状態Ｂ，Ｃとの２
つの状態のうちの何れであるかを蓄熱タンクの１１の入
口温度および出口温度の合計値（Ｔ1＋Ｔ2）と設定温度
Ｔdとの比較に基づいて判断し、状態Ａのときは第１タ
ンク１３のヒータ１６をオフし、状態Ｂおよび状態Ｃの
ときにヒータ１６をオンにして第１タンク１３を加熱す
るようにしている。すなわち、状態Ｂおよび状態Ｃのと
きには、第１タンク１３のヒータ１６をフルパワーで加
熱するようにして第２タンクのヒータ１７を補助して、
出口温度Ｔ2が目標温度Ｔhに速やかに上昇するようにし
ている。

【００５６】例えば、図４のグラフにおいて、上記比較
用の閾値温度Ｔd＝２９７゜Ｃに設定する。

【００５７】ウェハＷを加熱する前の状態Ａのときに
は、入口温度Ｔ1はほぼ１４６゜Ｃで、出口温度Ｔ2はほ
ぼ１５２゜Ｃであるので、その合計は２５８゜Ｃとな
り、Ｔ1＋Ｔ2≧Ｔdが成立する。したがって状態Ａのと
きにはオンオフコントローラ１８は第１タンク１３のヒ
ータ１６をオフにしている。

【００５８】その後、ウェハＷとの熱交換が開始される
と、入口温度Ｔ1は２０゜Ｃ程度まで急降下する。この
結果、Ｔ1＋Ｔ2≧Ｔdが不成立になり、オンオフコント
ローラ１８は第１タンク１３のヒータ１６をオンにす
る。

【００５９】その後、入口温度Ｔ1は急上昇し、ほぼ加
熱期間の終了とともに安定状態になり、その後徐々に１
４６゜Ｃに静定していく。一方、出口温度Ｔ2は加熱期
間の開始と共に徐々に降下し、加熱期間が終了して暫く
してから上昇する。

【００６０】ここで、上記比較用の閾値として２９７゜
Ｃが設定されているために、図４において時刻ｔ2まで
はＴ1＋Ｔ2≧Ｔdが成立せず、時刻ｔ2まではオンオフコ
ントローラ１８は第１タンク１３のヒータ１６をオンに
しており、時刻ｔ2になった時点で初めてヒータ１６を
オフにする。

【００６１】すなわち、オンオフコントローラ１８で
は、図４に示すように、ウェハＷとの熱交換が開始され
てからウェハＷとの熱交換が終了してしばらくの間まで
第１タンクのヒータ１６をオンにするようにしており、
これにより熱負荷による温度降下がフィードフォワード
的に補償すると共に、蓄熱タンクの出口温度を熱負荷が
なくなった後も速やかに目標温度まで上昇させるように
している。

【００６２】ところで、熱負荷の状態は基本的には入口
温度Ｔ1を見て判定することができるが、入口温度Ｔ1の
みによって第１タンク１３のヒータ１６をオンオフさせ
るようにした場合は、出口温度Ｔ2に図４の符号Ｒで示
すような、大きな温度降下が発生する。すなわち、例え
ば入口温度Ｔ1のみを見て、Ｔ1≧１４５〜１４６゜Ｃが
成立したときに、ヒータ１６をオフにするようにした場
合、ヒータ１６は加熱期間の途中（例えば時刻ｔ1）や
加熱期間終了直後にオフされる事になり、この結果、出
口温度Ｔ2の急激な低下が発生してしまうことになる。

【００６３】このような問題も考慮して、図１のオンオ
フコントローラ１８では、入口温度Ｔ1の他に出口温度
Ｔ2も参照してヒータ１６のオンオフ制御を行うように
している。

【００６４】つぎに、低温流体循環供給系３０での制御
に関して説明する。

【００６５】低温流体循環供給系３０におけるＰＩＤコ
ントローラ４０およびオンオフコントローラ４１による
制御は、前述した高温流体循環供給系１０での制御と温
度の状態が逆になるだけで、全く同じである。

【００６６】すなわち、蓄熱タンク３３において、第２
段タンク３２のヒータ３６は常にオンにされ、ＰＩＤコ
ントローラ４０の制御によって出口温度Ｔ4が目標温度
Ｔcに一致するようにフィードバック制御されている。

【００６７】一方、図３にその制御手順が示されたオン
オフコントローラ４１では、低温流体循環系の状態を、
ウェハＷを冷却する前の状態Ａと、ウェハＷを実際に冷
却している状態Ｂと、ウェハＷの冷却が終了した後の状
態Ｃとに分け、現在の状態が状態Ａと状態Ｂ，Ｃとの２
つの状態のうちの何れであるかを蓄熱タンクの３３の入
口温度および出口温度の合計値（Ｔ3＋Ｔ4）と設定温度
Ｔeとの比較に基づいて判断し、状態Ａのときはバルブ
３７をオフにしバルブ３８をオンにすることによって返
送流体がチラー３５を経由せずに第１タンク３１に流入
されるようにし、状態Ｂおよび状態Ｃのときにはバルブ
３７をオンにしバルブ３８をオフにして返送流体がチラ
ー３５で冷却された後に第１タンク３１に流入されるよ
うにしている。

【００６８】すなわち、オンオフコントローラ４１は、
Ｔ3＋Ｔ4≦Ｔeが成立する場合は、上記の状態Ａである
と判断し、チラー３５をオフにして返送流体の冷却動作
は行わないが、Ｔ3＋Ｔ4≦Ｔeが不成立の場合は、上記
の状態ＢまたはＣであると判断し、チラー３５をオンに
して返送流体を急速冷却するようにしている。

【００６９】図５は、高温流体循環供給系１０のオンオ
フコンローラ１８が行う制御の他の実施形態を示すもの
である。

【００７０】すなわち、入口温度Ｔ1および出口温度Ｔ2
毎に別々の閾値温度Ｔd1、Ｔd2（Ｔd1＜Ｔd2）を設定
し、これらの比較に基づいて第１段タンク１３のヒータ
１６のオンオフ制御を行うようにしている。

【００７１】まず、オンオフコントローラ１８は、入口
温度Ｔ1および出口温度Ｔ2をそれぞれのセンサ２０、２
１から取り込み（ステップ３００）、入口温度Ｔ1を閾
値Ｔd1と比較し、出口温度Ｔ2を閾値Ｔd2と比較する
（ステップ３１０）。そして、Ｔ1≧Ｔd1でかつＴ2≧Ｔ
d2が成立したときのみヒータ１６をオフにし（ステップ
３２０）、それ以外の場合はヒータ１６をオンにするよ
うにしている（ステップ３３０）。

【００７２】ここで、Ｔd1＝１４５゜Ｃに、Ｔd2＝１５
０．５゜Ｃに設定した場合は、図４のグラフにおいて、
ほぼ先の図２に示した制御と同様、ヒータ１６は加熱開
始と共にオンになり、時刻ｔ2の前後にオフされる。

【００７３】図６は、低温流体循環供給系３０のオンオ
フコンローラ４１が行う制御の他の実施形態を示すもの
である。

【００７４】すなわち、この場合も図５と同様、入口温
度Ｔ3および出口温度Ｔ4毎に別々の閾値温度Ｔe3、Ｔe4
（Ｔe3＞Ｔe4）を設定し、これらの比較に基づいてチラ
ー３５のオンオフ制御を行うようにしている。

【００７５】まず、オンオフコントローラ４１は、入口
温度Ｔ3および出口温度Ｔ4をそれぞれのセンサ４２、４
３から取り込み（ステップ４００）、入口温度Ｔ3を閾
値Ｔe3と比較し、出口温度Ｔ4を閾値Ｔe4と比較する
（ステップ４１０）。そして、Ｔ3≧Ｔe3でかつＴ4≧Ｔ
e4が成立したときのみチラー３５をオフにし（ステップ
４２０）、それ以外の場合はチラー３５をオンにするよ
うにしている（ステップ４３０）。

【００７６】このようにこの実施形態では、高温流体系
および低温流体系共に、２段の蓄熱タンクを介在させ、
第２段タンクにおいては出口温度を目標温度に一致させ
るフィードバック制御を実行し、第１段のタンクにおい
ては、ウェハＷとの熱交換を行う前の定常状態のときに
のみヒータまたはチラーをオフにし、ウェハＷと熱交換
を行っている期間と熱交換が終了した後にもヒータまた
はチラーをオンにするようにしたので、熱負荷による温
度降下または温度上昇がフィードフォワード的に補償さ
れると共に、蓄熱タンクの出口温度を熱負荷がなくなっ
た後、速やかに目標温度まで上昇または下降させること
が可能になり、これにより蓄熱タンクの出口温度を熱負
荷の有無にかかわらず常に所定の許容温度範囲内に入れ
ておくことができるようになる。したがって、被温度制
御対象物を、短い時間で、短いサイクルタイムで温度分
布なく加熱制御することが可能になる。

【００７７】なお、上記実施形態では、低温流体系の第
２段タンク３２には、ヒータ３６を配するようにした
が、第２段タンク３２内の温度流体をチラーによって冷
却するようにしてもよい。また、上記実施例では、低温
流体系において、チラー３５の手前に設けたオンオフバ
ルブ３７，３８のオンオフによってチラー３５への返却
流体の流入を切り替えることによってチラー３５をオン
オフするようにしたが、他の電気的手法などによってチ
ラー３５をオンオフするようにしてもよい。

【００７８】また、上記実施例において、ＰＩＤコント
ローラ１９，４０は、比例要素、微分要素、積分要素の
任意の要素を組み合せたり、あるいは単独要素でＰＩＤ
補償を行うようにしてもよい。

【００７９】また、上記実施例では、低温流体系におい
て、熱交換器３４を配し、この熱交換器３４の手前に入
口温度センサ４２を配するようにしたが、熱交換器３４
の後ろに入口温度センサ４２を配設するようにしてもよ
い。

【００８０】また、上記実施形態では、蓄熱タンク１
１、３３を２段にするようにしたが、これらを３段以上
にするようにしてもよい。その場合、最も好適なのは、
例えば、高温流体供給系の場合、各段のタンク毎にヒー
タを設け、最終段のタンクのみは常にオンにしてＰＩＤ
のフィードバック制御を行うと共に、それ以外の段のタ
ンクは前述したオンオフ制御を行うものである。この
際、第１段のタンクは蓄熱タンクの入口温度と出口温度
に基づいてオンオフ制御するようにし、第２段から最終
段の１段前のタンクまでは、当該段の前段のタンクの温
度と出口温度に基づいてオンオフ制御を行うようにす
る。なお、このような３段以上のタンクの場合、ヒータ
を配する段を適宜省略するようにしてもよい。これは、
低温流体供給系に関しても同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を示すブロック図。

【図２】高温流体循環供給系のオンオフコントローラの
制御動作を示すフローチャート。

【図３】低温流体循環供給系のオンオフコントローラの
制御動作を示すフローチャート。

【図４】高温流体循環供給系の各部の温度変化を示す
図。

【図５】高温流体循環供給系のオンオフコントローラの
他の制御動作を示すフローチャート。

【図６】低温流体循環供給系のオンオフコントローラの
他の制御動作を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…ウェハ温度制御装置 ２…熱交換室 ３…プレート １０…高温流体循環供給系 １６、１７、３６…ヒータ １８、４１…オンオフコントローラ １９、４０…ＰＩＤコントローラ ２０、４２…入口温度センサ ２１、４３…出口温度センサ ３４…熱交換器 ３５…チラー Ｗ…ウェハ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のタンクが温度流体循環系に対して直
   列に多段接続された直列多段型蓄熱タンクと、この直列
   多段型蓄熱タンクの最終段のタンク内の温度流体を加熱
   する第１の加熱手段と、最終段以外の段のタンク内の温
   度流体を加熱する第２の加熱手段とを有し、前記第１お
   よび第２の加熱手段を加熱制御することにより被温度制
   御対象物からの返送温度流体を所定の設定温度に調整し
   て前記被温度制御対象物に循環供給するようにした多段
   蓄熱タンクの温度制御装置において、 前記直列多段型蓄熱タンクの出口での前記温度流体の温
   度を検出する第１の温度検出手段と、 当該段のタンクの直前段の前記温度流体の温度を検出す
   る第２の温度検出手段と、 目標温度と前記第１の温度検出手段の検出温度に基づい
   て直列多段型蓄熱タンクの出口温度が目標温度に一致す
   るよう前記第１の加熱手段をフィードバック制御する第
   １の制御手段と、 前記第１及び前記第２の温度検出手段の各検出温度の合
   計値が予め設定された所定の設定温度より小さい場合に
   前記第２の加熱手段をオンするよう前記第２の加熱手段
   をオンオフ制御する第２の制御手段と、 を備えるようにしたことを特徴とする多段蓄熱タンクの
   温度制御装置。
2. 【請求項２】複数のタンクが温度流体循環系に対して直
   列に多段接続された直列多段型蓄熱タンクと、この直列
   多段型蓄熱タンクの最終段のタンク内の温度流体を加熱
   する第１の加熱手段と、最終段以外の段のタンク内の温
   度流体を加熱する第２の加熱手段とを有し、前記第１お
   よび第２の加熱手段を加熱制御することにより被温度制
   御対象物からの返送温度流体を所定の設定温度に調整し
   て前記被温度制御対象物に循環供給するようにした多段
   蓄熱タンクの温度制御装置において、 前記直列多段型蓄熱タンクの出口での前記温度流体の温
   度を検出する第１の温度検出手段と、 当該段のタンクの直前段の前記温度流体の温度を検出す
   る第２の温度検出手段と、 目標温度と前記第１の温度検出手段の検出温度に基づい
   て直列多段型蓄熱タンクの出口温度が目標温度に一致す
   るよう前記第１の加熱手段をフィードバック制御する第
   １の制御手段と、 前記第１の温度検出手段の検出値が第１の設定温度より
   大きくかつ第２の温度検出手段の検出値が第１の設定温
   度より小さな第２の設定温度より大きい場合にのみ前記
   第２の加熱手段をオフするよう前記第２の加熱手段をオ
   ンオフ制御する第２の制御手段と、 を備えるようにしたことを特徴とする多段蓄熱タンクの
   温度制御装置。
3. 【請求項３】前記直列多段型蓄熱タンクの段数は２段で
   あり、 前記第２の加熱手段は第１段のタンク内の温度流体を加
   熱し、 前記第２の温度検出手段は直列多段型蓄熱タンクの入口
   での前記温度流体の温度を検出するようにしたことを特
   徴とする請求項１または請求項２記載の多段蓄熱タンク
   の温度制御装置。
4. 【請求項４】複数のタンクが温度流体循環系に対して直
   列に多段接続された直列多段型蓄熱タンクと、この直列
   多段型蓄熱タンクの最終段のタンク内の温度流体を加熱
   または冷却する温度調整手段と、最終段以外の段のタン
   ク内の温度流体を冷却する冷却手段とを有し、前記温度
   調整手段および冷却手段を制御することにより被温度制
   御対象物からの返送温度流体を所定の設定温度に調整し
   て前記被温度制御対象物に循環供給するようにした多段
   蓄熱タンクの温度制御装置において、 前記直列多段型蓄熱タンクの出口での前記温度流体の温
   度を検出する第１の温度検出手段と、 当該段のタンクの直前段の前記温度流体の温度を検出す
   る第２の温度検出手段と、 目標温度と前記第１の温度検出手段の検出温度に基づい
   て直列多段型蓄熱タンクの出口温度が目標温度に一致す
   るよう前記温度調整手段をフィードバック制御する第１
   の制御手段と、 前記第１及び前記第２の温度検出手段の各検出温度の合
   計値が予め設定された所定の設定温度より大きい場合に
   前記冷却手段をオンするよう前記冷却手段をオンオフ制
   御する第２の制御手段と、 を備えるようにしたことを特徴とする多段蓄熱タンクの
   温度制御装置。
5. 【請求項５】複数のタンクが温度流体循環系に対して直
   列に多段接続された直列多段型蓄熱タンクと、この直列
   多段型蓄熱タンクの最終段のタンク内の温度流体を加熱
   または冷却する温度調整手段と、最終段以外の段のタン
   ク内の温度流体を冷却する冷却手段とを有し、前記温度
   調整手段および冷却手段を制御することにより被温度制
   御対象物からの返送温度流体を所定の設定温度に調整し
   て前記被温度制御対象物に循環供給するようにした多段
   蓄熱タンクの温度制御装置において、 前記直列多段型蓄熱タンクの出口での前記温度流体の温
   度を検出する第１の温度検出手段と、 当該段のタンクの直前段の前記温度流体の温度を検出す
   る第２の温度検出手段と、 目標温度と前記第１の温度検出手段の検出温度に基づい
   て直列多段型蓄熱タンクの出口温度が目標温度に一致す
   るよう前記温度調整手段をフィードバック制御する第１
   の制御手段と、 前記第１の温度検出手段の検出値が第１の設定温度より
   小さくかつ第２の温度検出手段の検出値が第１の設定温
   度より大きな第２の設定温度より小さい場合にのみ前記
   冷却手段をオフするよう前記冷却手段をオンオフ制御す
   る第２の制御手段と、 を備えるようにしたことを特徴とする多段蓄熱タンクの
   温度制御装置。
6. 【請求項６】前記直列多段型蓄熱タンクの段数は２段で
   あり、 前記冷却手段は第１段のタンク内の温度流体を冷却し、 前記第２の温度検出手段は直列多段型蓄熱タンクの入口
   での前記温度流体の温度を検出するようにしたことを特
   徴とする請求項４または請求項５記載の多段蓄熱タンク
   の温度制御装置。