KR19980024294A - 자동제어방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

제어대상(2)의 제어량이 소정의 목표치로 되도록 최적 레귤레이타(4)에 의해 제어를 행하는 자동제어장치에 있어서, 이득을 설정하는 이득설정부(48)와, 상기 목표치와 상기 제어대상의 제어량을 비교하는 비교부(52)와, 이 비교부에서 얻어진 차분이 상기 목표치의 소정범위내에 들어감에 따라서 상기 이득설정부의 이득에 소정의 시간내에서 0∼1까지 증가하는 중량부가를 행하여 조작량을 출력하는 중량제어부(52)를 구비하고, 이 조작량을 상기 최적 레귤레이타에 가하도록 구성한다. 이에 따라, 한정된 범위 내에서만 이득을 차제에 크게 하는 제어를 행하여, 고속으로 또한 고정밀도의 제어를 가능하게 한다.

Description

자동제어방법 및 그 장치

본 발명은, 일반적으로 반도체 제조장치 등의 온도 제어시스템에 사용되는 자동제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 최적 레귤레이타를 개량한 자동제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 집적회로 등의 반도체장치를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여, 고온하에서의 성막(film forming), 산화 확산처리와 에칭처리 등을 반복해야 한다.

예컨대, 매엽식(sheet-type) 열처리장치의 경우에 있어서, 처리용기내의 고정테이블상에 설치된 반도체 웨이퍼를, 가열수단으로서 예컨대, 가열램프 등에 의해 처리 온도 예컨대, 500℃∼600℃정도로 가열처리하여 예컨대, 성막처리 및 산화처리 등을 행하도록 되어 있다.

이와 같이 반도체 웨이퍼를 고온하에서 처리하는 경우에 있어서 중요한 점은, 열처리의 균일성을 확보하기 위해 웨이퍼온도를 처리온도에 따라 정확하게 유지할 수 있는가와, 높은 처리량(throughput)을 얻기 위해 웨이퍼온도가 처리온도까지 얼마나 상승할 수 있는가와, 오버슈트(overshoot)없이 처리온도를 유지할 수 있는가 하는 것이다.

웨이퍼의 처리온도에 관해서는, 단일입력 단일출력을 중심으로 주파수 특성에 기초하여 설계된 제어시스템에서의 고전적 제어이론 대신에, 다중입력 다중출력을 가지는 시스템의 디지탈제어와 같은 복잡한 시스템에 적당한 현대 제어이론을 이용하였다.

이 제어이론은, 주어진 상황하에서 평가함수를 최소화하는 제어를 위한 최적 제어성과 안전성을 연구하고, 시스템의 표현에 있어서 입출력관계의 표현뿐만 아니라 내부의 상태까지 표현하는 상태표현이 이용된다.

상태표현을 방정식으로 표현한 상태방정식에 기초한 시스템의 제어계 설계방법으로서, 폐루프 제어계의 안전성과 과도특성의 개선을 목적으로 하는 레귤레이타가 있는데, 이 경우 모든 상태변수가 직접 측정가능한 경우는 거의 없고, 대신 상태관측기(state observer)가 이용된다.

여기에서는, 반도체 제조장치의 온도제어계의 종래 자동제어장치에 관하여 설명한다. 도 7은 반도체 제조장치의 온도제어계의 종래 자동제어장치의 일례를 나타낸 기능 블록구성도이다.

상기 도면에서, 참조 번호(2)는 반도체 제조장치내의 웨이퍼 등의 제어대상이고, 이 제어대상의 온도를 제어한다. 참조 번호(4)는 적당한 평가함수를 최소로 하기위한 피드백(feedback)계수행렬을 결정하고 필요 방정식의 절충점을 찾기위한 최적 레귤레이타를 나타내고, 참조 번호(8, 10)는 적분기이득과 적분기이다.

또한, 참조 번호(12)는 상태안정기 이득이고, 참조 번호(14)는 상태관측기이다, 상태피드백에 의한 제어에서는, 상태가 시스템의 동작을 결정하는 필요 최소한의 정보량이기 때문에 이 시스템이 가장 기본적인 시스템인데, 상태변수의 값을 환경에 따라서 직접 측정할 수 없는 경우에는, 상기 상태 피드백(14)은 제어대상의 직접 측정 가능한 출력으로부터 상태변수를 추정한다.

제어대상(2)으로부터 열전쌍을 매개로 얻어진 온도, 즉 제어량은 피드백된 가산기(6)에 마이너스부호로 더하여져 목표치인 설정온도의 차분이 얻어진다. 이 차분에 적분기이득(8)의 이득이 더해져 적분기(10)에서의 적분에 의해 조작량이 구해 진다.

또한, 상태관측기(14)는, 측정된 제어량에 기초하여 측정 불가능한 상태변수가 유도되고, 유도된 상태변수와 측정된 상태변부에 상태안정기 이득(12)의 이득이 더하여져 조작량이 얻어진다. 여기에서 얻어진 조작량은, 상기 적분기(10)에서 얻어진 조작량에 가산기(16)에서 더해져, 제어대상(2)의 온도가 상기 첨가된 조작량에 의해 제어된다. 더욱이 이러한 모든 동작은 마이크로컴퓨터 등에 의한 소프트웨어에 의해 처리된다.

상기와 같은 종류의 시스템에 있어서는, 일반적으로 단일의 이득을 설정하고 있고, 더욱이 동작 시스템의 대부분은 비선형 시스템이다. 상기 시스템에 있어서, 모든 제어영역에서 안정된 응답이 요구되므로 안정동작 가능한 유지 이득이 선택되었다.

즉, 제어시스템의 상태변화의 속도가 제어 영역의 속도보다 빠른 제어영역에서는, 제어의 불안정한 요소가 있기 때문에 빠른 상태의 변화에 즉각적으로 응답하지 않도록 이득이 설정되어야 한다.

이 때문에, 제어 대상의 제어량이 목표치에 접근하고 나서 안정화될 때 까지는 많은 시간이 걸리므로, 충분히 빠른 제어를 할 수 없다고 하는 문제가이 있었다.

더욱이, 상기의 문제점을 제거하기 위해, 종래 기술에 의한 각 온도대역에 개별 이득을 설정하는 방법에서는, 수 많은 파라메타(상태변수×온도대역+α)를 설정해야 하며, 이 때문에 시스템의 설계가 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점에 주목하여 이 것을 유효하게 해결하고자 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 제어량을 고속이면서 고정밀도로 제어할 수 있는 자동제어방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

본 발명자는, 현대제어이론에 대해 예의 연구한 결과, 제어량이 목표치 부근의 좁은 제어영역에 들어가면, 제어대상의 제어량을 선형적으로 간주할 수 있기 때문에 높은 이득을 설정할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명에 이른 것이다.

즉, 본 발명은, 제어대상의 제어량이 소정의 목표치로 되도록 최적 레귤레이타에 의해 제어를 행하는 자동제어장치에 있어서, 이득을 설정하는 이득설정부와, 상기 목표치와 상기 제어대상의 제어량을 비교하는 비교부와, 이 비교부에서 얻어진 차분이 상기 목표치의 소정비율의 범위내에 들어감에 따라 상기 이득설정부의 이득에 소정의 시간내에서 0∼1까지 증가하는 중량부가를 행하여 조작량을 출력하는 중량제어부를 구비하고, 이 조작량을 상기 최적 레귤레이타에 가하도록 구성한 것이다.

이 제어시스템에서는, 제어대상의 제어량이 목표치의 소정범위외에 있어서는, 종래의 방법과 같이 제어되고, 제어량이 목표치의 소정범위내에 들어가면, 중량제어부가, 소정의 시간내에서 중량을 0∼1까지 차제에 증가시켜 이득설정부에 설정되어 있는 이득의 중량부가를 행하고, 이것에 기초한 조작량을 출력한다. 이 때문에, 이 좁은 제어영역에서만 한정적으로 높은 이득설정이 가능하고, 게다가 제어의 불연속점을 만들지 않고 고속이면서 고정밀도로 제어를 행하는 것이 가능하게 된다.

또, 이러한 높은 이득의 제어중에 목표치의 변화나 외란의 입력에 기인하여 차분이 소정범위 밖으로 이탈한 때에는, 중량제어부의 출력을 최적 레귤레이타의 적분기로 입력시키면, 불연속점이 생기는 일도 없다.

이와 같은 제어대상으로서, 예컨대 반도체 제조장치를 이용할 수 있고, 제어량은 이 장치내의 예컨대 피처리체로서의 반도체 웨이퍼의 온도가 대응한다.

도 1은 제어대상으로 되는 반도체 제조장치를 나타낸 개략구성도이고,

도 2는 도 1의 장치에 이용되는 자동제어장치를 나타낸 블록구성도이고,

도 3a와 도 3b는 이득변화 상태를 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명에 따른 자동제어방법의 제어동작을 나타낸 플로우차트이고,

도 5는 종래의 방법에 의해 제어한 때의 대상의 측정된 온도측정치와 공급전력을 나타낸 그래프이고,

도 6은 본 발명에 따른 자동제어방법에 의해 제어한 때의 대상의 온도측정치와 공급전력을 나타낸 그래프이고,

도 7은 종래의 자동제어장치의 블록구성도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 --- 제어대상, 4 --- 최적 레귤레이타,

8 --- 적분기이득, 10 --- 적분기,

12 --- 상태안정기 이득, 14 --- 상태관측기,

18 --- 처리용기, 22 --- 고정테이블,

24 --- 열전쌍, 26 --- 텅스텐램프,

44 --- 자동제어장치, 46 --- 온도검출부,

48 --- 이득설정부, 50 --- 중량제어부,

52 --- 비교부.

상기한 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 제어대상의 제어량이 소정의 목표치가 되도록 최적 레귤레이타에 의해 제어를 행하는 자동제어장치에 있어서, 이득을 설정하는 이득설정부와, 상기 목표치와 상기 제어대상의 제어량을 비교하는 비교부와, 이 비교부에서 얻어진 차분이 상기 목표치의 소정비율의 범위내에 들어옴에 따라 상기 이득설정부의 이득에 소정의 시간내에 0∼1까지 증가하는 중량부가를 행하여 조작량을 출력하는 중량제어부를 구비하여, 이 조작량을 상기 최적 레귤레이타에 더하도록 구성되어 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1은 제어대상인 반도체 제조장치를 나타낸 개략구성도이고, 도 2는 도 1의 장치에 이용되는 자동제어장치를 나타낸 블록구성도이고 도 3은 이득의 변화상태를 나타낸 그래프이다. 본 실시예에 있어서는, 반도체 제조장치의 반도체 웨이퍼의 온도를 제어하는 온도제어계에 본 발명의 장치를 적용한 경우를 예시하여 설명한다. 또한 도 7에서 나타낸 구성부분과 동일한 부분에서는 동일한 부호를 붙여 설명한다.

우선, 도 1에 나타낸 반도체 제조장치에 대하여 설명하자면, 도면에서 참조번호(18)는, 예컨대 알루미늄제의 원통몸체상에 정열된 처리용기이고, 그 내부는 진공펌프(도시되지 않음)에 의해 진공처리가 가능하도록 되어 있다. 이 처리용기(18)의 바닥에는 열선이 통과하는 예컨대, 투명석영제의 투과창(20)이 설치되고, 이 상부에는 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 설치하는 예컨대, 박막 흑연(thin graphite)제의 고정테이블(22)이 설치된다.

그리고, 이 고정테이블(22)내에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 간접적으로 검출하기 위한 온도검출수단으로서 예컨대, 열전쌍(24)이 주입되어 있다. 도면에는 예컨대 1개의 열전쌍(24)이 나타나 있지만, 통상적으로 복수개 예컨대, 3개 정도가 설치되어 진다.

또한, 상기 투과창(20)의 하부에는, 가열수단으로서 예컨대, 복수의 텅스텐램프(26)가 램프테이블(28)상에 부착고정되어져 있고, 그 램프테이블(28)의 하부에는 구동기어(30)가 고정된 회전축(32)의 단부가 부착고정되어 있다. 이 구동기어(30)에는 회전모타(34)의 구동축에 연결된 구동기어(36)가 연결되어 있어, 웨이퍼처리중에 램프테이블(28)을 회전시키도록 되어 있다.

또한, 이 회전축(32)에는 슬립링(slip ring : 38)이 설치되어 있고, 전원(42)으로부터의 전력을 램프 전력제어장치(40) 및 이 슬립링(38)을 매개로 상기 램프(26)에 공급하도록 되어 있다.

이 램프 전력제어부(40)는, 예컨대 마이크로 컴퓨터등으로 구성된 본 발명에 따른 자동제어장치(44)에서 출력된 명령에 의해 공급전력을 제어한다. 이 자동제어장치(44)에 열전쌍(24)으로 온도를 검출하는 온도검출부(46)로부터의 검출온도치(제어량)가 입력되고, 이 반도체 제조장치 전체의 동작을 제어하는 도시되지 않은 호스트 컴퓨터로부터의 목표치(설정온도)가 입력되도록 되어 있다.

다음은, 상기 자동제어장치(44)의 기능블록의 구성을 도 2에 기초하여 설명한다.

본 발명의 특징은, 도 7에 나타낸 종래의 제어장치에, 특정의 좁은 제어영역에서만 동작하는 이득설정부(48)와 중량제어부(50)를 주로 첨가한 점이다. 즉, 도면에서, 참조번호(2)는 반도체 제조장치내의 웨이퍼 등의 제어대상이고, 이 제어대상의 온도를 제어한다.

참조번호(4)는 적당한 평가함수를 최소로 하도록 피드백계수행렬을 결정하고 주요식의 절충점을 찾는 최적 레귤레이타이다. 참조번호(8)는 적분기이득이고, 참조번호(10)는 적분기이다. 또한 참조번호(12)는 상태안정기 이득이고, 참조번호(14)는 상태관측기이다. 상태 피드백에 의한 제어에 있어서는, 상태가 시스템의 동작을 결정하는 최소한의 정보량이기 때문에, 가장 기본적인 시스템이고, 또한 이시스템에 있어서는, 상태변수의 값이 환경에 따라서 즉시 측정될 수 없다. 이러한 경우에는, 상태변수의 값이 직접 측정될 수 있는 값인 제어대상의 출력을 기초로한 상태관측기(14)의 수단에 의해 추정된다.

제어대상(2)으로부터 열전쌍(24)을 매개로 하여 얻어지는 온도인 제어량이 피드백되어 가산기(6)에 마이너스의 부호로 더하여져 목표치인 설정온도와의 차분이 얻어진다. 이 차분에 적분기이득(8)의 이득이 가미되어 적분기(10)에서 적분되어 조작량이 얻어진다.

또한, 상태관측기(14)에서는 측정된 제어량에 기초하여 측정 불가능한 상태변수가 구해지고, 구해진 상태변수 및 측정된 상태변수에 상태안정기 이득(12)을 더하여 조작량이 얻어진다. 여기에서 얻어진 조작량은, 상기 적분기(10)에서 구해진 조작량과 가산기(16)에서 가산되어, 이것에 기초하여 제어대상(2)의 온도를 제어하게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 장치에 상기 이득설정부(48) 및 중량제어부(50)등이 부가된다. 즉, 비교부(52)는, 목적치와 열전쌍(24)으로 검출한 제어량을 비교하여 차분을 구하는 가산기이고, 이 차분을 상기 중량제어부(50)로 입력한다. 이득설정부(48)는, 사전에 제어계에 따른 높은 이득(K)을 오퍼레이터(operator)가 임의로 설정한다. 상기 중량제어부(50)는 상기 비교부(52)에서 얻어진 차분이, 목적치의 소정비율 예컨대, 절대치로 10%의 범위내에 들어감에 따라 상기 이득(K)에 소정의 시간 예컨대, 10초안에 0∼1까지 증가하는 중량부가를 하여 조작량을 출력한다.

더욱이, 예컨대 목표치의 절대값의 10%내의 범위의 좁은 제어영역에서의 제어대상의 제어량의 변화가 선형으로 간주될 수 있다.

따라서, 상기 좁은 제어영역에서 유지 안정 제어이득은 최적 레귤레이타(4)에서 유도된 조작량에 부가함으로써, 높은 이득에 의해 유도된 정정된 조작량이 부가되더라도, 안정된 응답을 얻을 수 있다.

이러한 경우에 있어서, 발생하는 제어의 불연속성을 방지하기 위해, 높은 이득(K)을 직접 부가하지 않고, 예컨대 10초동안의 시간 상수에 따라 0∼1까지 이득이 조금씩 증가하도록 하는 중량부가에 의해 (K)까지 증가 시킨다.

중량제어부(50)에서 유도된 정정된 조작량이 절환부(54)를 매개로 제어대상(2)의 전단계인 가산기(16)에 입력된다. 이 동작동안에 목표치와 외란 등의 입력에 기인하여 상기 차분이 미리 예정된 범위 예컨대, 목표치의 ±10%내를 이탈할 때에, 정정된 조작량이 적분기(10)로 입력되도록 절환부(54)가 스위칭됨으로써, 제어의 연속성이 보장된다.

다음은, 이상과 같이 구성된 장치를 예시하여 설명한다.

우선, 도 1에 나타낸 바와 같이, 미처리의 반도체 웨이퍼(W)가 처리용기(18)내의 고정테이블(22)상에 설치되면, 처리용기(18)의 내부는 밀폐되며 동시에 소정의 압력까지 진공이 이루어지고, 이와 동시에 텅스텐램프(26)에 의한 강력한 열선이 고정테이블(22)에 투입되어 웨이퍼(W)를 간접가열하게 된다.

그리고, 웨이퍼(W)의 온도가 처리온도로 되면, 도시되지 않은 가스 공급계로 처리가스가 공급되고, 소정의 처리 예컨대, 성막처리등이 행해지게 된다.

웨이퍼의 온도는 고정테이블(22)에 주입된 열전쌍(24)에 의해 감지되어 온도검출부(46)에 의해 얻어지고, 얻어진 온도는 제어량으로서 자동제어장치(44)로 입력된다. 그리고, 이 제어량은 호스트 컴퓨터 등에 지시된 목표치와 비교되어, 이 비교결과에 의해 얻어진 차분이 상쇄되도록 램프 전력제어부(40)가 램프(26)로 공급되는 전력을 제어하게 된다.

다음은, 웨이퍼의 승온시에 있어서, 램프로의 공급전력량의 제어에 관해 설명한다. 여기에서는 웨이퍼온도의 목표치로서 500℃를 설정하고, 이득(K)에 대하여 중량부가의 증가를 개시하는 시점을, 제어량인 검출치가 450℃, 즉 목표치의 ±10%의 범위내에 들어가는 시점으로 한다. 또한, 중량이 0∼1까지 증가하는 시간을 10초로 설정한 것으로 가정한다.

우선, 처리용기(18)내에 상온의 웨이퍼(W)가 입력되면 열전쌍(24)에서 검출되는 온도는, 450℃보다도 월등히 낮고, 이것이 450℃까지 도달하기 까지는, 통상적인 종래의 제어방법인 최적 레귤레이타에 의한 온도제어가 이루어진다. 즉, 이 사이에서는, 비교부(52)에서 얻어지는 목표치와 제어량과의 차분의 절대치는 50℃이상이기 때문에, 중량제어부(50)로부터의 조작량은 '0'이다.

그리고, 웨이퍼(W)의 온도가 천천히 상승하여, 이 온도가 450℃에 도달하면, 중량제어부(50)는, 이득설정부(48)에서 사전에 설정된 이득(K)에 0∼1까지 예컨대, 10초간에 걸려서 서서히 증가하는 중량부가를 행하고, 이것에 기초한 조작량을 출력한다. 도 3a는 이 기간의 상태를 나타내고 있고, 열전쌍(24)이 450℃를 검출함에 따라 이득을 0∼K까지 10초간에 걸려서 서서히 연속적으로 증가시킨다. 그리고, 이 이득에 의해 구해진 조작량은 절환부(54)를 매개로 가산부(16)에 입력되고, 적분기(10)와 상태안정기 이득(12)측에서 입력되는 조작량에 가산된다. 상기 언급된 바와 같이, 좁은 제어영역 예컨대, 목표치의 ±10%의 범위내에서는 제어대상의 제어량이 선형으로 간주될 수 있다. 따라서, 중량제어부(50)가 좁은 제어영역에서 제한적으로 동작된다면, 좁은 제어영역에서 높은 이득을 설정할 수가 있으므로, 고속이면서 고정밀도의 안정된 제어를 행할 수 있다. 또한, 제어의 불연속성이 없다.

또한, 높은 이득의 제어동안, 목표치의 설정이 변화되거나 외란이 입력될 때, 상기 목표치의 ±10%의 범위내에서 이탈되는 경우에 있어서, 중량제어부(50)에서 출력된 정정된 조작량은 '0'이고, 지금까지의 제어량이 적분기(10)에 축적되기 때문에, 제어의 불연속을 제거하기 위해 적분기(10)로 중량제어부(50)의 출력을 부가하는 방향으로 절환부(54)가 스위칭된다.

도 3b는 이러한 상태의 일례를 나타낸 것이다. 예컨대 450℃를 검출한 3초후에 외란이 입력된 상태를 나타낸 것이고, 이 시점에서 중량제어부(50)의 출력은 '0'이 되며, 이 출력이 적분기(10)로 입력된다.

상기 언급된 바와 같은 동작은 모두 소프트웨어상에서 처리된다.

상기의 실시예를 도 4의 플로우차트를 참조하여 설명한다.

우선, 목표치(S1)가 입력되어 온도제어가 시작되고, 웨이퍼(W)의 온도는 항상 열전쌍(24 : S2)에 의해 감지된다. 비교부(52)에서는, 감지된 온도치와 절대값인 목표치(S3)와의 차분과 감지된 온도치가 비교된다. 다음은 최적 레귤레이타(4 : S4)에 의해 제어가 수행되며, 차분이 중량제어부(50)에서의 목표치의 소정비율 범위 예컨대, ±10%내에 들어가는지가 결정되어 진다. 상기 결정이 (NO)일 때에 즉, 차분이 소정범위보다 더 클 때, 중량제어부(50)에 의한 제어가 수행되지 않는다.

또한, 상기 결정이 (S5)에서 (YES)일 때에, 즉 웨이퍼(W)의 온도가 증가되고 차분이 감소되어 소정범위내일 경우에는, 중량(g)이 소정기간 예컨대, 10초를 거쳐 0∼1까지 점차적으로 증가된다. 이 후에, 상기 결정이 (S5 : S6)에서 (YES)일 동안에 중량(g)이 1로 설정된다. 그리고 중량(g)과 사전에 설정된 이득(K)이 더해져 그 시간의 이득(g·K)을 구하고, 이 구하여진 이득(g·K)에서 얻어진 조작량을 출력한다(S8). 이 출력된 조작량은, 최적 레귤레이타(4)의 적분기(10)의 후단에 설계된 가산부(16)에 입력되며, 이 외의 조작량에 입력된다.

또한, 외란 등에 의해 상기 차분이 소정의 영역을 이탈한 경우(S10의 YES)에는, 즉시 중량이 '0'이 되어 중량제어부(50)의 조작량도 '0'이 되고, 이 출력은 적분기(10)에 더하여져, 제어의 불연속점을 제거하도록 동작한다.

다음은, 종래방법에 의해 제어한 경우의 온도변화와, 본 발명에 의해 제어한 경우의 온도변화를 실제로 측정한 것인데, 이 측정결과에 따라 설명한다.

도 5는 종래의 방법에 의해 제어될 때에, 측정된 웨이퍼의 온도와 전원공급을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 방법에 의해 제어될 때에, 측정된 웨이퍼의 온도와 전원공급을 나타낸 그래프이다.

상기 2개의 그래프에서, 목표치로 설정된 온도는 440℃이다.

도 5에 나타낸 종래방법의 경우에는, 웨이퍼(W)가 처리용기내에 설치되어 그 온도가 감소하기 때문에 그 전원공급은 증가하지만, 이 증가상태는 부드럽고 증가량은 피크치(peak value)에서 전체전원의 약 70%이다. 또한 공급전원의 증가상태가 오랜시간(약 50초 정도)동안 지속되기 때문에, 오버슈트가 발생하고, 웨이퍼의 온도가 안정되기까지는 약 110초 정도가 소요된다.

한편, 본 발명에 따른 방법의 경우에는, 웨이퍼(W)가 설치되고 검출온도가 낮아지면, 공급전력이 증가하고 피크치는 전체전력이 된다. 또한 단기간(약 30초 정도)에 공급전력은 원래의 값으로 저하된다. 이 때문에, 웨이퍼 검출온도는 20초 정도에서 안정되고, 종래 방법과 비교하여 1/5∼1/6정도의 단기간으로 웨이퍼온도를 안정시킬 수 있다.

상기 실험에 있어서, 목표치와 중량제어부가 동작하는 온도범위영역 및 중량이 0에서 1까지 증가하는데 요구되는 시간은 단순히 일례를 나타낸 것에 지나지 않는 바, 이것에 한정되지 않고, 제어대상이 되는 처리장치의 제어계에 따라서 적절히 변경할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제어량으로서 웨이퍼의 온도를 제어하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 압력이나 유량 등 모든 것에 적용할 수 있다.

더욱이, 본 실시예에서는 매엽식의 반도체 처리장치를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 배치(batch)식 반도체 처리장치 또는 다른 반도체 처리장치 이외의 다양한 제어시스템에 있어서 광범위하게 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 자동제어방법 및 장치는, 다음과 같은 효과와 장점이 있다.

본 발명에 따른 제어대상은, 제어대상의 제어량이 선형적으로 간주될 수 있는 협소한 제어영역내에서 조금씩 증가하는 높은 이득을 사용함으로써 최적 레귤레이타에 의해 제어되어 지고, 따라서 불연속점이 없는 고속도 및 고정밀도의 제어가 가능하고, 또한 높은 이득의 제어에 의하여, 목표치의 변화 및 외란의 입력에 기인하여 차분이 소정범위에서 이탈할 때, 중량제어부의 출력이 최적 레귤레이타의 적분기로 입력된다면, 불연속점이 제거될 수 있다.

특히, 본 발명을 반도체 장치의 온도제어시스템에 이용함으로써, 처리대상의 온도를 즉시 안정화 시킬 수 있고, 그만큼 처리량(through put)을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 제어대상의 제어량이 소정의 목표치로 되도록 제어를 행하는 자동제어장치에 있어서, 제어대상이 소정의 목표치로 되도록 조작변수를 유도하기 위한 최적 레귤레이타와,

   목표치와 제어량의 차이를 유도하기 위해 목표치와 제어량을 비교하는 비교부와,

   이 비교부에서 얻어진 차분이 상기 목표치의 소정비율의 범위내에 들어감에 따라서 상기 이득설정부의 이득에 소정의 시간내에서 0∼1까지 증가하는 중량부가를 행하여 조작량을 출력하는 중량제어부를 구비하고,

   이 조작량을 상기 최적 레귤레이타에 가하도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차분이 소정비율의 범위내에 들어가 있는 경우에, 상기 목표치의 변경 또는 외란 등에 의해 상기 차분이 상기 소정비율의 범위를 이탈한 때에, 상기 조작량을 상기 최적 레귤레이타의 적분기에 입력하도록 절환하는 절환부를 갖춘 것을 특징으로 하는 자동제어장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어대상은 반도체 제조장치이고, 상기 제어량은 상기 반도체 제조장치에서 검출되는 온도인 것을 특징으로 하는 자동제어장치.
4. 제어대상의 제어량이 소정의 목표치로 되도록 최적 레귤레이타에 의해 제어를 행하는 자동제어방법에 있어서, 목표치와 상기 제어대상의 제어량을 비교하는 스텝과, 이 비교스텝에서 얻어진 차분이 상기 목표치의 소정비율의 범위내에 들어감에 따라, 소정의 시간내에서 소정의 이득에 대하여 0∼1까지 증가하는 중량제어부가를 행하는 스텝과, 얻어진 이득에 기초하여 조작량을 출력하여 최적 레귤레이타에 가하는 스텝에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 자동제어방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 차분이 상기 소정비율의 범위내에 들어가 있는 경우에, 상기 목표치의 변경 또는 외란 등에 의해 상기 소정비율의 범위를 이탈한 때에, 상기 조작량을 상기 최적 레귤레이타의 적분기에 입력하도록 절환하도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동제어방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제어대상은 반도체 제조장치이고, 상기 제어량은 상기 반도체 제조장치에서 검출되는 온도인 것을 특징으로 하는 자동제어방법.