JP5113199B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents
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Description
この発明は、拡散装置やＣＶＤ装置など、半導体ウェハをバッチ処理する熱処理装置を有する半導体製造装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus having a heat treatment apparatus for batch-processing semiconductor wafers such as a diffusion apparatus and a CVD apparatus.
拡散装置やＣＶＤ装置など、たとえば電気炉を有する半導体製造装置の熱処理装置では、炉内の温度を適切な温度に維持し、もしくは炉内を指定した温度変化に追従させる必要がある。炉内の温度制御は、精度や外乱が生じたときの補償あるいは目標温度の変化に対する追従性に関して高性能であることが求められる。従来、このような熱処理装置の温度制御には、例えば図２８に示す制御方法が用いられてきた。 In a heat treatment apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus having an electric furnace, such as a diffusion apparatus or a CVD apparatus, it is necessary to maintain the temperature in the furnace at an appropriate temperature or to follow a specified temperature change in the furnace. In-furnace temperature control is required to have high performance in terms of accuracy, compensation when disturbances occur, and followability to changes in target temperature. Conventionally, for example, a control method shown in FIG. 28 has been used for temperature control of such a heat treatment apparatus.
図２８に示す制御方法は、温度目標値入力端ＩＮを備え、目標値入力端ＩＮより入力された目標値と後述する熱処理炉３からの温度検出値（制御量）の偏差を出力する加算器１と、加算器１の出力側に設けられ、加算器１の出力に基づいてＰＩＤ（比例、積分、微分）演算し熱処理炉３への操作量を出力するＰＩＤ調節部２と、ＰＩＤ調節部２の出力側に設けられ、ＰＩＤ調節部２の出力をその操作量として入力端ａから入力し温度検出値（制御量）を出力端ｂから出力する熱処理炉（熱処理炉装置）３とを備えて構成され、熱処理炉３の出力端ｂから出力される温度検出値（制御量）が所望の値となるよう制御する。
The control method shown in FIG. 28 includes a temperature target value input terminal IN, and outputs an error between a target value input from the target value input terminal IN and a temperature detection value (control amount) from a
ＰＩＤ調節部２は、必要ならば、公知の積分ワインドアップ対策やバンプ対策を機能に含むものである。そして、図２８のうち、熱処理炉３は、例えば概略的には図２９の様な構成を有する。すなわち図２９（ａ）に示す熱処理炉３は、操作量の入力端ａと制御量の出力端ｂを備え、底部に半導体ウェハ投入口を有する
電気炉３１と、半導体ウェハを保持するボート３２と、ボート３２を支持し電気炉３１の投入口を塞ぐキャップ３３と、入力端ａからの制御信号に応じて図示しない電力供給がなされて電気炉３１内を加熱するヒータ３４と、電気炉３１内の温度を計測し出力端ｂへ出力する温度センサ３５とで構成され、電気炉３１内の温度をある特定のパターンに追従または維持させることによって、ボート３２に保持している半導体ウェハに化学的処理を施す。
The
また、図２９に代表される熱処理炉３は、炉内における均熱性を考慮して、加熱要素を複数ゾーンに分割し、夫々独立して電力供給し、温度制御を行うことがなされている。例えば、図２９（ａ）の例において４分割した場合は、図３０のような構成になる。
In addition, in the
図３０に示す熱処理炉３Ａは、図２９（ａ）と同様に電気炉３１と、ボート３２と、キャップ３３と、ヒータ４４を構成要素に持つ。そして、ヒータ４４は４分割されているためａ１〜ａ４の４つの操作量入力端を備え、さらに４つに分割されたそれぞれのゾーンの温度を測定するための温度センサ４５と、その４つの制御量出力端ｂ１〜ｂ４を備える構成となっている。
操作量の入力端ａ１から制御量の出力端ｂ１までの経路における要素の集合をゾーン１、ａ２から入力しｂ２へ出力する過程における要素の集合をゾーン２、以下、同様にゾーン３、ゾーン４と表現することがある。
The
The set of elements in the process of inputting from the input end a1 of the manipulated variable to the output end b1 of the controlled variable from
熱処理炉が、複数加熱ゾーン構成である場合、例えば図３０に示されるような４分割の場合、従来では図３１に示すような、図２８の構成をそのまま複数並列化した構成による制御がよく用いられている。図３１のうち、熱処理炉３Ａは、上述した図３０で示されるような４つの操作量の入力端ａ１〜ａ４と４つの制御量の出力端ｂ１〜ｂ４を備えている。また１−１〜１−４は複数並列された加算器を示し、２−１〜２−４は複数並列されたＰＩＤ調節部を示している。
When the heat treatment furnace has a multiple heating zone configuration, for example, when divided into four as shown in FIG. 30, conventionally, control by a configuration in which a plurality of configurations shown in FIG. It has been. 31, the
図３０や図３１で示したような構成を有する熱処理炉は、例えば図３２に示す温度制御手順でプロセス処理を行っている。
ここで、図３２を用いて、従来の熱処理炉で行われるプロセス処理の一例について説明する。図３２（ａ）は熱処理炉で行われるプロセス処理の一例のフローチャートを示す。図３２（ｂ）はそのときの熱処理炉内の温度の概略を示したものであり、図中の符号は、図３２（ａ）における同一の符号が付されている処理を示す。
The heat treatment furnace having the configuration as shown in FIG. 30 or FIG. 31 performs the process by the temperature control procedure shown in FIG. 32, for example.
Here, an example of a process performed in a conventional heat treatment furnace will be described with reference to FIG. FIG. 32A shows a flowchart of an example of a process performed in the heat treatment furnace. FIG. 32 (b) shows an outline of the temperature in the heat treatment furnace at that time, and the reference numerals in the figure indicate processes to which the same reference numerals in FIG. 32 (a) are given.
ステップＳ１０１は、電気炉３１内の温度を比較的低い温度Ｔ0に維持および安定させる処理である。ステップＳ１０１では、ボート３２はまだ電気炉３１内へ投入されていない。ステップＳ１０２は、半導体ウェハを保持しているボート３２を電気炉３１内に投入する処理である。半導体ウェハの温度は通常Ｔ0より低いので、ボート３２を電気炉３１内に投入した結果、炉内の温度は一時的にＴ０より低い温度になるが、前述した温度制御によって電気炉３１内の温度はいくらかの時間を経て再びＴ０に安定する。
Step S101 is to maintain and stabilize the processing temperature of the
ステップＳ１０３は、温度Ｔ0から、半導体ウェハに成膜処理等のプロセス処理を施すための温度Ｔ1まで、徐々に電気炉３１内の温度を上昇させる処理である。ステップＳ１０４は半導体ウェハにプロセス処理を施すために電気炉３１内の温度をＴ1に維持および安定させる処理である。ステップＳ１０５は、プロセス処理終了後、温度Ｔ1から再び比較的低い温度Ｔ0まで徐々に電気炉３１内の温度を下降させる処理である。ステップＳ１０６は、プロセス処理が施された半導体ウェハを保持しているボート３２を電気炉３１内から引き出す処理である。その後、ボート上の処理済みウェハは未処理のウェハと入替される。これら一連の処理Ｓ１０１からＳ１０６までの処理は、すべての未処理の半導体ウェハに施される。
Step S103 is a process of gradually increasing the temperature in the
そして、すべての半導体ウェハにプロセス処理が施された場合は一連の温度制御処理を終了し、一方、すべての半導体ウェハにプロセス処理が施されていない場合はボート上のウェハを入替えて、再びステップＳ１０１に戻り手順を繰り返すようになっている。ステップＳ１０１、Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６の処理は、いずれも電気炉３１内の温度が目標温度に対し予め定められた微小温度範囲内にあり、且つ予め定められた時間、その状態が続くといった安定状態を得た後、次の処理へ進むようになっている。
If all the semiconductor wafers have been processed, the series of temperature control processes are terminated. On the other hand, if all the semiconductor wafers have not been processed, the wafers on the boat are replaced and the steps are repeated. Returning to S101, the procedure is repeated. The processes in steps S101, S102, S104, and S106 are all in a stable state in which the temperature in the
しかし、図２８または図３１に示すような構成を有する従来の温度制御装置および温度制御方法を用いた場合において、温度目標値が急激に変化した場合、温度検出値（制御量）が目標値の値を維持できなくなり、制御量が目標値に追従する際に遅れが生じ、その結果として制御量が目標値に対し許容範囲内で安定状態を得るまでに長い時間を要してしまうという問題がある。 However, in the case of using the conventional temperature control apparatus and temperature control method having the configuration shown in FIG. 28 or FIG. 31, when the temperature target value changes rapidly, the temperature detection value (control amount) is the target value. The value cannot be maintained, and a delay occurs when the controlled variable follows the target value. As a result, it takes a long time for the controlled variable to obtain a stable state within the allowable range with respect to the target value. is there.
例えば図３２に示したプロセス処理のうちステップＳ１０３は、熱処理装置全体の時間的生産効率を高めるために短時間で終了することが必要であるため、目標値の上昇速度を増加させることが望まれ、従って図５の点線に示すように、従来の温度制御装置および温度制御方法による追従の遅れは無視できないほど大きくなっていた。 For example, step S103 in the process shown in FIG. 32 needs to be completed in a short time in order to increase the temporal production efficiency of the entire heat treatment apparatus, so it is desired to increase the target value increase rate. Therefore, as shown by the dotted line in FIG. 5, the delay in tracking by the conventional temperature control device and temperature control method is so large that it cannot be ignored.
そこで、図３３に示すような構成による制御を行うことで追従性を高めるとともに制御の精度を損なわない方法が知られている。
図３３に示す制御ブロックは、図２８に示した構成と同様な部分として、目標値入力端ＩＮを備え、加算器１とＰＩＤ調節部２と熱処理炉３を有し、さらに異なる部分として、熱処理炉３への操作量として最適と思われる信号を出力するパターン発生部５と、ＰＩＤ調節部２の出力とパターン発生部５の出力のうちいづれか１つを切替制御信号によって選択し、操作量として出力する切替器６と、加算器１の出力を監視し、特定の条件（例えば後述するような所定時刻、あるいは加算器１の出力の所定値以上の変動）に対応して切替器６を制御する切替制御信号を出力する切替制御部７とで構成され、熱処理炉３の出力端ｂから出力される温度検出値（制御量）を制御するものである。パターン発生部５と切替制御部７は、夫々内部に同一時刻を示す時計を有するとともに、温度制御の開始時間から目標値が急激に変化するまでの時間が予め記憶されており、該時刻を知ることができる。
Therefore, a method is known in which followability is improved by performing control with the configuration shown in FIG. 33 and the accuracy of control is not impaired.
The control block shown in FIG. 33 includes a target value input terminal IN as a part similar to the configuration shown in FIG. 28, has an
図３３に示した制御ブロックによる制御方法では、目標値入力端ＩＮからの温度目標値と制御対象となる熱処理炉３の出力端ｂからの温度検出値（制御量）に対し、加算器１とＰＩＤ調節部２とでフィードバック制御がなされる。そして、目標値入力端ＩＮからの目標値に急激な変化が発生する場合、切替制御部７は切替制御信号を切替器６に出力し、切替器６の出力をＰＩＤ調節部２側からパターン発生部５の出力側へ切替える。その結果、パターン発生部５からの出力に従って開ループ制御が開始される。そして、再び加算器１の出力が零近傍となる予定時刻となると、切替制御部７は再び切替制御信号を切替器６に出力し、切替器６の出力をパターン発生部５側からＰＩＤ調節部２の出力側へ切替え、再びフィードバック制御が行われる。
In the control method by the control block shown in FIG. 33, the
すなわち、図３３に示した制御方法は、例えば図３２に示したプロセス処理のＳ１０３などのように、目標値が急激に変化する場合、切替制御部７が予めその時刻を予期し、切替器６の出力をＰＩＤ調節部２側よりパターン発生部５側に切替え、パターン発生部５から最適とされた信号を適切なタイミングで出力することによって、一時的にフィードバックループを切断して開ループ制御を行い、追従性を高めることができる。そして、その後加算器１の出力がほぼ零になると予定された時刻、あるいは実際に当該出力を監視して、ほぼ零となったとき、切替器６の出力をＰＩＤ調節部の出力に切替制御することによって、従来と同様なフィードバック制御も行えるようになっている。
That is, in the control method shown in FIG. 33, for example, when the target value changes abruptly as in S103 of the process processing shown in FIG. 32, the
なお、この図３３に示した制御ブロックによる制御方法は、また図３４、図３５に示した制御ブロックによる制御方法においても同様に考えることができる。ここで、図３４に示す制御ブロックは、図３３に示された制御ブロックにおける切替器６の後段にさらにＰＩＤ調節部１２を備えるとともに、切替器６とＰＩＤ調節部１２の間に加算器４を設けて第２の温度検出値（副制御量）をフィードバックし、フィードバックループ２０を構成してカスケード制御を実行する構造としたものである。この場合、熱処理炉３は、図２９（ｂ）に示すような構造であり、図２９（ａ）における第１の温度検出値（主制御量）の出力端ｂに加え、第２の温度検出値（副制御量）の出力端ｃを備えている。ここでは、第１、第２の温度検出値は夫々反応管内、ヒータ近傍の温度を検出している。このような方法によれば、熱処理炉３の応答が変化したときフィードバックループ２０でその変動を軽減し、制御の応答性を高めるなど、副制御量を有効に活用することができ、全体の制御性能を高めることができる。
The control method using the control block shown in FIG. 33 can be considered in the same manner as the control method using the control block shown in FIGS. Here, the control block shown in FIG. 34 further includes a
また、図３５に示す制御ブロックは、図３３に示された制御ブロックにおけるパターン発生部５と切替器６との間に加算器１４とＰＩＤ調節部１５とを設けてフィードバックループ２１を構成するようにしたものである。
そして、このような方法によっても、パターン発生部５の出力を第２の温度検出値（副制御検出値）のフィードバック制御により修正しつつ、熱処理炉３への操作量を出力することができるので、操作量を現実の制御対象により的確に調整しつつ制御を行い、その変動を軽減することができる。ここで、パターン発生部５の出力値は、メモリなどに格納された記憶値を出力することにより与えられる。
In addition, the control block shown in FIG. 35 is configured such that an
And also by such a method, since the output of the
しかしながら、このような、パターン発生部を用いて図３３〜図３５に示したような構成で制御を行う場合には、熟練した特定の技術者が、例えば、図３２に示したようなプロセス処理を何度も行いつつパターン発生部５の出力の調整（記憶値の調整）を行う必要があり、この調整に多大の労力や時間を要する。しかもその調整方法は、技術者の熟練度、個人差によって様々であるために、調整後の制御品質に調整者によるばらつきが生じる。 However, in the case where control is performed with such a configuration as shown in FIGS. 33 to 35 using the pattern generation unit, a skilled specific engineer performs, for example, process processing as shown in FIG. It is necessary to adjust the output of the pattern generation unit 5 (adjustment of the stored value) while performing many times, and this adjustment requires a lot of labor and time. In addition, since the adjustment method varies depending on the skill level of the engineer and individual differences, the control quality after the adjustment varies by the adjuster.
特に、図２８に示した制御ブロックを複数並列化してなる図３１の制御ブロックのように、図３３乃至図３５に示した制御ブロックを複数並列化した場合には、複数のパターン発生部５の出力を調整しなければならず、調整時間がさらにかかると共に、制御品質のばらつきがさらに大きくなってしまうという問題がある。また、パターン発生部の出力値を記憶値より得ることとした場合は、膨大なメモリが必要になるという問題もある。 In particular, when a plurality of control blocks shown in FIGS. 33 to 35 are parallelized, such as a control block shown in FIG. 31 in which a plurality of control blocks shown in FIG. There is a problem in that the output has to be adjusted, further adjustment time is required, and variation in control quality is further increased. Further, when the output value of the pattern generator is obtained from the stored value, there is a problem that a huge memory is required.
この発明は、上記実情に鑑みて為されたもので、温度目標値の急激な変化が発生したときでも、速やかに温度検出値（制御量）を目標値に追従維持させることができて時間的生産効率を向上させることができ、また膨大なメモリも必要としない半導体製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when a sudden change in the temperature target value occurs, the temperature detection value (control amount) can be promptly maintained following the target value. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that can improve production efficiency and does not require a huge memory.
上述した課題を解決するため、この発明の請求項１に係る半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度よりも低い温度Ｔ0で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを熱処理炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から前記熱処理炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記熱処理炉内より引き出すステップとを有する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが加算器を介して入力される第１の調節部と、パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、前記パターン発生部の出力と、前記第１の調節部の出力とを切替えて前記熱処理炉への操作量として出力する切替器と、前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部を有する温度制御装置を備えたものである。
In order to solve the above-described problem, a semiconductor manufacturing apparatus according to
また、この発明の請求項２に係る半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度よりも低い温度Ｔ0で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを熱処理炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から前記熱処理炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記熱処理炉内より引き出すステップとを有する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが第１の加算器を介して入力される第１の調節部と、パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、前記パターン発生部の出力と、前記第１の調節部の出力とを切替えて前記熱処理炉への操作量として出力する切替器と、前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部と、前記切替器の出力側に設けられ、前記切替器からの出力と前記熱処理炉からの第２の温度検出値とが第２の加算器を介して入力されて前記熱処理炉への操作量として出力する第２の調節部とを有する温度制御装置を備えたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus comprising: a step of maintaining and stabilizing at a temperature T 0 lower than a temperature at which a process is performed; a step of placing a boat holding wafers into a heat treatment furnace; A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a step of raising a wafer to a temperature at which a process is performed; a step of lowering a temperature in the heat treatment furnace from a temperature at which the process treatment is performed; and a step of drawing the boat from the heat treatment furnace. The semiconductor manufacturing apparatus includes a first adjustment unit to which a temperature target value to the heat treatment furnace and a first temperature detection value from the heat treatment furnace are input via a first adder, and a pattern output A pattern generation unit having an approximation function for calculating the pattern function, the pattern output being changeable according to a parameter value of the approximation function, and an output of the pattern generation unit A switch that switches the output of the first adjustment unit to output as an operation amount to the heat treatment furnace, and corrects the parameter of the approximate function of the pattern generation unit based on the first temperature detection value A parameter correction value output unit for outputting a correction value for performing the operation, an output from the switch, and a second adder that outputs the switch and the second temperature detection value from the heat treatment furnace And a second control unit that outputs the operation amount to the heat treatment furnace.
また、この発明の請求項３に係る半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度よりも低い温度Ｔ0で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを熱処理炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から前記熱処理炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記熱処理炉内より引き出すステップとを有する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが第１の加算器を介して入力される、Ｉ要素を含む第３の調節部及びＩ要素を含まない第４の調節部と、パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、少なくとも前記第３の調節部の出力と、前記第４の調節部の出力と前記パターン発生部の出力とが加算された出力とを切り替える切替手段と、前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部と、前記切替手段の出力と前記熱処理炉からの第２の温度検出値とが第２の加算器を介して入力され、前記熱処理炉への操作量として出力する第２の調節部とを有する温度制御装置を備えたものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus comprising: a step of maintaining and stabilizing at a temperature T 0 lower than a temperature at which a process is performed; a step of placing a boat holding wafers into a heat treatment furnace; A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a step of raising a wafer to a temperature at which a process is performed; a step of lowering a temperature in the heat treatment furnace from a temperature at which the process treatment is performed; and a step of drawing the boat from the heat treatment furnace. In the semiconductor manufacturing apparatus, the third adjustment including the I element, in which the temperature target value to the heat treatment furnace and the first temperature detection value from the heat treatment furnace are input via the first adder. And an adjustment function that does not include the I element and an approximate function that calculates the pattern output, and the pattern output can be changed according to the parameter value of the approximate function Switching means for switching between the pattern generating unit, the output of at least the third adjusting unit, the output obtained by adding the output of the fourth adjusting unit and the output of the pattern generating unit, and the first temperature A parameter correction value output unit that outputs a correction value for correcting the parameter of the approximate function of the pattern generation unit based on the detection value; an output of the switching unit; and a second temperature detection value from the heat treatment furnace Are provided via a second adder and provided with a temperature control device having a second adjustment unit that outputs as an operation amount to the heat treatment furnace.
また、この発明の請求項４に係る半導体製造装置は、プロセス処理を施す温度よりも低い温度Ｔ0で維持及び安定させるステップと、ウェハを保持するボートを熱処理炉内に投入するステップと、前記ウェハにプロセス処理を施す温度に上昇させるステップと、前記プロセス処理を施す温度から前記熱処理炉内の温度を下降させるステップと、前記ボートを前記熱処理炉内より引き出すステップとを有する半導体製造装置であって、前記半導体製造装置は、前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが第１の加算器を介して入力される、Ｉ要素を含む第３の調節部及びＩ要素を含まない第４の調節部と、パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、前記第３の調節部の出力と、前記第４の調節部の出力と前記パターン発生部の出力とが加算された出力と、前記パターン発生部の出力とを切り替える切替器と、前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部と、前記切替器の出力と前記熱処理炉からの第２の温度検出値とが第２の加算器を介して入力され、前記熱処理炉への操作量として出力する第２の調節部とを有する温度制御装置を備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus comprising: a step of maintaining and stabilizing at a temperature T 0 lower than a temperature at which a process is performed; a step of placing a boat holding wafers in a heat treatment furnace; A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a step of raising a wafer to a temperature at which a process is performed; a step of lowering a temperature in the heat treatment furnace from a temperature at which the process treatment is performed; and a step of drawing the boat from the heat treatment furnace. In the semiconductor manufacturing apparatus, the third adjustment including the I element, in which the temperature target value to the heat treatment furnace and the first temperature detection value from the heat treatment furnace are input via the first adder. And an adjustment function that does not include the I element and an approximate function that calculates the pattern output, and the pattern output can be changed according to the parameter value of the approximate function A switch that switches between the output of the pattern generator, the output of the third adjuster, the output of the output of the fourth adjuster and the output of the pattern generator, and the output of the pattern generator A parameter correction value output unit that outputs a correction value for correcting the parameter of the approximate function of the pattern generation unit based on the first temperature detection value, the output of the switch, and the heat treatment furnace The second temperature detection value is input through a second adder, and a temperature control device having a second adjustment unit that outputs the second temperature detection value as an operation amount to the heat treatment furnace is provided.
この発明によれば、熱処理装置に対する目標値が急激に変化した場合もっとも速やかに制御量を追従させることができる出力パターンを設定し、特定の時刻からＰＩＤ演算出力の代わりに操作量として出力し、偏差のうちの大部分が消去したときは再びＰＩＤ演算出力を操作量として出力するようにするとともに、設定する出力パターンを予め複数パラメータを含む関数で定式化し、干渉行列を用いてパラメータを最適化するよう更新（補正）するようにしたため、制御量を迅速且つ正確に目標値へ変化させることができ、速やかに制御量を目標値に追従させることができ、しかもそれらの調整を自動で行うことができ、プロセスの生産効率を向上させることができる。 According to this invention, when the target value for the heat treatment apparatus changes rapidly, an output pattern that can follow the control amount most quickly is set and output as an operation amount instead of the PID calculation output from a specific time, When most of the deviation is erased, the PID calculation output is output again as the manipulated variable, and the output pattern to be set is formulated in advance using a function including multiple parameters, and the parameters are optimized using the interference matrix The control amount can be quickly and accurately changed to the target value, the control amount can quickly follow the target value, and the adjustment is automatically performed. Can improve the production efficiency of the process.
以下、この発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
実施の形態１．
まず、実施の形態１の構成について図１を使って説明する。図１に示すブロック図において図３３と同様の部分については同一の符号を付して説明する。
図１に示す構成は、図３３に示した従来の構成と同様な部分として、入力端子ＩＮより入力される熱処理炉の温度目標値と熱処理炉３からの制御量である第１の温度検出値が入力される加算器１と、加算器１の出力側に設けられ、加算器１の出力に基づいてＰＩＤ制御を行うＰＩＤ調節部２と、ＰＩＤ調節部２の出力側に設けられ、ＰＩＤ調節部の出力と、後述するパターン発生部の出力とを切り替えて熱処理炉３へ操作量として入力する切替器６と、加算器１の出力側に設けられ、切替器６を切り替える制御信号を出力する切替制御部７とを備え、更に特徴部分として、加算器１の出力側に設けられたパラメータ補正値出力部９と、パラメータ補正値出力部９の出力側に設けられたパターン発生部８とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the configuration of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the block diagram shown in FIG. 1, the same parts as those in FIG.
The configuration shown in FIG. 1 is the same as the conventional configuration shown in FIG. 33, and is the first temperature detection value that is the control target value from the
切替制御部７は加算器１の出力に基づいて、温度制御動作と同時に計時を開始する時計を有し、温度目標値の急激な変化が発生する予定の時刻になると切替器６の出力をＰＩＤ調節部２側からパターン発生部８側に切り替える。目標値の急激な変化が発生する時刻（制御動作開始からの時間）は予め切替制御部７内の図示しないメモリに設定されている。
The switching
パターン発生部８は、切替制御部７が有する時計と同一時刻を示す時計を有し、温度目標値の急激な変化が発生する設定された時刻になると、時刻（時間）と複数のパラメータを因数とする、予めパターン発生部８内に設定された関数に従ってパターン出力を演算し出力するものであり、その出力は切替器６の一方の入力端に入力される。
The
予め設定される関数は、実験的に求められるものであり、例えば図３２のＳ１０３のように温度目標値が変化した場合に、速やかに第１の温度検出値（制御量）を追従させることができる出力パターンを特定の関数で近似したものである。これはまた、図２８に示したような制御ブロック構成による制御を、例えばダミーウェハ等を用いて実験的に行った結果得られる、入力端ａへの操作量のパターンを特定の関数で近似することによっても得ることができる。 The function set in advance is obtained experimentally. For example, when the temperature target value changes as shown in S103 of FIG. 32, the first temperature detection value (control amount) can be quickly followed. The output pattern that can be approximated by a specific function. This also approximates the pattern of the operation amount to the input terminal a obtained by experimentally using the control block configuration as shown in FIG. 28 using a dummy wafer, for example, with a specific function. Can also be obtained.
パラメータ補正値出力部９は、加算器１の出力値に関し、予め定められた評価方法によって評価を行い、パラメータを補正するための補正値（補正量）を算出する。この算出においては、後述する所定の評価項目の値（例えば、目標値と制御量との偏差、偏差の傾き、オーバーシュート量など）がパラメータを変数とする一次方程式（線形代数）であると近似することにより、評価値とパラメータの変化量（補正値）を行列（干渉行列）を用いて表し、この干渉行列を用いて、所望の評価値を得られるようにパラメータの補正値を定めるようにしている。干渉行列は、パラメータの補正に先だって、予め後述するように求められる。実施の形態１では１ゾーンを取り扱うので、干渉行列は一行一列（１×１行列）により表される。
The parameter correction
パラメータ補正値出力部９により算出されたパラメータの補正値は、パターン発生部８に入力され、パターン発生部８はこの補正値を用いて、自己の関数のパラメータを補正（例えば補正値を補正時のパラメータに加算）し、この補正されたパラメータによる関数値をパターンとして出力する。
以下、図１及び図２に示された制御ブロックによる動作説明を行う。
The parameter correction value calculated by the parameter correction
Hereinafter, the operation of the control block shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
図２は熱処理炉３Ａが複数ゾーンを有する場合、例えば図３０に示したような４ゾーンを有する場合に、図１の制御ブロックを適用した場合の形態を示すブロック図である。図１および図３１と同様の部分については同一の符号を付して説明する。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment in which the control block of FIG. 1 is applied when the
図２に示す構成は、図３１に示した従来の構成と同様な部分として、加算器１−１〜１−４とＰＩＤ調節部２−１〜２−４と熱処理炉３Ａと切替器６−１〜６−４と切替制御部７−１〜７−４を備えるとともに、パターン発生部８−１〜８−４、パラメータ補正値出力部９Ａとを備えて構成されている。熱処理炉３Ａ及びパラメータ補正値出力部９Ａ以外の構成要素はそれぞれ熱処理炉３Ａが有するゾーン数と同数だけ存在し、それらには夫々対応するゾーン番号に従った番号がハイホンに引き続いて示されている。この場合、後述する干渉行列によるパラメータ修正を可能とするため、複数のパターン発生部８−１〜８−４の有する関数形はすべて同じである。関数形が同じでなければ、各関数におけるパラメータ数が違ったり、また、数が同じでも、パラメータの性質が異なることにより、各評価値に対する影響の性質が異なるからである。
The configuration shown in FIG. 2 is similar to the conventional configuration shown in FIG. 31. The adders 1-1 to 1-4, the PID adjusting units 2-1 to 2-4, the
パラメータ補正値出力部９Ａは、全ての加算器１−ｉ（ｉはゾーン番号を表し図２では１〜４のいずれかを示している）からの出力値に関し、図１の場合と同様、予め定められた評価方法によって評価を行い、予め作成されている干渉行列を用いて、全てのパターン発生部８−ｉが用いる複数のパラメータの補正値を算出し、それぞれのパターン発生部８−ｉへ出力する。
The parameter correction
次に、実施の形態１の動作について、熱処理炉が有するゾーン数をＭゾーンとして説明する。図１および図２の制御ブロックの動作は、それぞれＭ＝１およびＭ＝４として説明され、以下の説明は図２に従って行うこととする。
この実施の形態では、評価値（各評価項目における加算器の出力であって、例えば図７で示された１温度目標値と温度検出値（制御量）との偏差、２温度制御検出値（制御量）の傾き、３オーバーシュートの値に対応する値）とパターン発生部８による関数の各パラメータの値とが一次線形代数で与えられると近似して、これら評価値とパラメータの間の関係式（後述する干渉行列Ｍ）を求めておき、この干渉行列を用いて、現在の評価値を理想的な所望の評価値とするべく、各パラメータの補正値を算出するようにしたものである。
Next, the operation of the first embodiment will be described assuming that the number of zones that the heat treatment furnace has is M zones. The operation of the control block of FIG. 1 and FIG. 2 is described as M = 1 and M = 4, respectively, and the following description will be performed according to FIG.
In this embodiment, the evaluation value (the output of the adder for each evaluation item, for example, the difference between the 1 temperature target value and the temperature detection value (control amount) shown in FIG. 7, 2 temperature control detection value ( The slope of the control amount), the value corresponding to the value of 3 overshoot) and the value of each parameter of the function by the
図２に示した構成による制御では、図３３での説明と同様にフィードバック制御と開ループ制御の切替制御が行われる。パラメータの補正（更新）時には、パラメータ補正値出力部９Ａには、例えば図３２を用いて説明したようなプロセス処理中における加算器１−ｉの出力が入力され、パラメータ補正値出力部９Ａは、その入力されたデータを用いて加算器１−ｉの出力を評価すると共に、その評価値の変化量（評価値を所望の値に変化させたい量）と干渉行列を用いてパラメータ補正値を生成する。
In the control with the configuration shown in FIG. 2, switching control between feedback control and open loop control is performed in the same manner as described with reference to FIG. At the time of parameter correction (update), the parameter correction
この補正値は、パターン発生部８−ｉの出力に作用する複数のパラメータをそのときのＩＮから入力される目標値の変化に応じて最適の値とするように、加算器１−ｉの出力に基づいて算出される。この補正値の算出は、Ｍ個のパターン発生部８−ｉすべてについて行う。 The correction value is output from the adder 1-i so that a plurality of parameters acting on the output of the pattern generator 8-i are set to optimum values in accordance with changes in the target value input from IN at that time. Is calculated based on The correction value is calculated for all M pattern generators 8-i.
求められたパラメータ補正値は、パターン発生部８−ｉ（ｉ＝１，２・・・）へ入力され、パターン発生部８−ｉは入力されたパラメータ補正値を使って（加算して）複数のパラメータを更新（補正）し、これら補正されたパラメータを用いて予め設定された関数（関数形は共通）の演算結果を出力するようになっている。なお、パターン発生部８−ｉの出力は、切替器６−ｉがパターン発生部８−ｉの出力側を選択しているとき、熱処理炉３Ａからの温度検出値（制御量）に拘わらず、直接に熱処理炉３Ａへ入力されるため、熱処理炉３Ａへの操作量はＰＩＤ調節部２−ｉの出力とは無関係に定められる。
The obtained parameter correction value is input to the pattern generation unit 8-i (i = 1, 2,...), And the pattern generation unit 8-i uses the input parameter correction value (added) to make a plurality of values. These parameters are updated (corrected), and a calculation result of a preset function (function form is common) is output using these corrected parameters. Note that the output of the pattern generator 8-i, regardless of the temperature detection value (control amount) from the
パターン発生部８−ｉの出力は、１番目からＭ番目のパターン発生部８−ｉに予め設定される共通の関数をｆとすると、一般的には次式で表される。 The output of the pattern generator 8-i is generally expressed by the following equation, where f is a common function preset in the first to Mth pattern generators 8-i.
（数１）
（パターン発生部８−ｉの出力）
＝ｆ（ｔ−ｔ0，ｐ１i，ｐ２i，…，ｐＮi） ………（１）
ｉ＝１，２，…，Ｍ
ここで、ｔは現在時刻（時間）、ｔ0は切替制御部７−ｉやパターン発生部８−ｉに予め設定された目標値の急激な変化が発生する時刻である。またｐ１i，ｐ２i，…ｐＮiは、パターン発生部８−ｉの出力に関するＮ個のパラメータである。
(Equation 1)
(Output of pattern generator 8-i)
= F (t−t 0 , p1 i , p2 i ,..., PN i ) (1)
i = 1, 2,..., M
Here, t is the current time (time), and t 0 is the time at which a sudden change in the target value preset in the switching control unit 7-i or the pattern generation unit 8-i occurs. In addition, p1 i , p2 i ,... PN i are N parameters related to the output of the pattern generator 8-i.
ところで、パラメータ補正値出力部９Ａで用いられる干渉行列は、予め例えば図３のような手順を行って導出される。
ここで、図３を用いて、予め行われる干渉行列導出のため手順の一例について説明する。一連の手順は、実際のプロセス処理に先立って行われるものであり、通常ダミーウェハを用いて行われる。
By the way, the interference matrix used in the parameter correction
Here, an example of a procedure for deriving an interference matrix performed in advance will be described with reference to FIG. A series of procedures is performed prior to actual process processing, and is normally performed using a dummy wafer.
図３（ａ）は全体のフローチャートを示す。ステップＳ１−ｊは、１からＮまでのうち１つのパラメータｐｊ（ｊはパラメータ番号で、ステップＳ１−１では１である）に関する干渉行列作成処理であり、詳細は図３（ｂ）に示されている。ここでパラメータｐｊとは、ｊ番目のパラメータをゾーン１からゾーンＭまでひとまとめにした次式で表されるＭ個の要素をもつ列ベクトルである。
FIG. 3A shows an overall flowchart. Step S1-j is an interference matrix creation process related to one parameter pj (j is a parameter number and 1 in step S1-1) among 1 to N, and details are shown in FIG. ing. Here, the parameter pj is a column vector having M elements represented by the following expression in which the jth parameters are grouped from
（数２）
ｐｊ＝［ｐｊ1 ｐｊ2 …ｐｊM ］T …………（２）
ｊ＝１，２，…，Ｎ
(Equation 2)
pj = [pj 1 pj 2 ... pj M ] T (2)
j = 1, 2,..., N
なお、［］Tは転置行列を示す。
図３（ｂ）において、ステップＳ１１は、パターン発生部８−ｉでパラメータｐｊの暫定値を設定する処理であり、その初期値はこれまでの実績による平均値でもよいし、または、図３１のような構成による制御を行った結果、ＰＩＤ調節部２−ｉから出力されるパターンを近似する値でもよい。また既にパラメータが更新されている場合は、その時点までに更新された値が設定される。
[] T represents a transposed matrix.
In FIG. 3B, step S11 is a process of setting a provisional value of the parameter pj by the pattern generation unit 8-i, and the initial value may be an average value based on past results, or in FIG. As a result of performing control by such a configuration, a value approximating the pattern output from the PID adjustment unit 2-i may be used. If the parameter has already been updated, the value updated up to that point is set.
ステップＳ１２は、図３２で説明したようなプロセス処理を行う処理である。ステップＳ１３は、ステップＳ１２での制御性能の評価をする処理である。すなわち、ステップＳ１２中に出力される加算器１の出力の全部または一部のデータから特定の評価項目にしたがって評価する。ここで行われる評価項目は、温度制御の良否が評価でき、又パラメータｐｊの変化に対し相関が大きい（パラメータの変化を反映してその評価値が大きく変化する）ものが望ましい。評価の結果求められる評価値は、次式で表されるＭ個の要素をもつ列ベクトルｅｊで表すこととする。
Step S12 is a process for performing the process as described with reference to FIG. Step S13 is a process for evaluating the control performance in step S12. That is, evaluation is performed according to specific evaluation items from all or a part of the output of the
（数３）
ｅｊ＝［ｅｊ1 ｅｊ2 …ｅｊM ］T …………（３）
ｊ＝１，２，…，Ｎ
(Equation 3)
ej = [ej 1 ej 2 ... ej M ] T (3)
j = 1, 2,..., N
ステップＳ１４は、パラメータｐｊのうちｉゾーンに関するパラメータｐｊiを、微小量Δｐｊiだけ変更して設定する処理である。ステップＳ１５は、ステップＳ１２と同じであるが、後の説明のため異なる番号を付してある。ステップＳ１３ＡはステップＳ１３と同じ処理である。ステップＳ１６は、直前に得られた２つの評価値ベクトルを用いて、パラメータｐｊに関する干渉行列Ｍｊのｉ列目の列ベクトルｍｊiを次式で算出する処理である。 Step S14 is a process of changing and setting the parameter pj i related to the i zone among the parameters pj by a minute amount Δpj i . Step S15 is the same as step S12, but is given a different number for later explanation. Step S13A is the same process as step S13. Step S16 is a process of calculating the column vector mj i of the i-th column of the interference matrix Mj related to the parameter pj using the two evaluation value vectors obtained immediately before, by the following equation.
（数４）
ｍｊi＝（ｅｊ−ｅｊ´）／Δｐｊi ………………（４）
ｉ＝１，２，…，Ｍ， ｊ＝１，２，…，Ｎ
(Equation 4)
mj i = (ej−ej ′) / Δpj i (4)
i = 1, 2,..., M, j = 1, 2,.
ここで、ｅｊは直前（ステップＳ１３Ａ）の評価値ベクトルであり、ｅｊ´は２つ前（ステップＳ１３）の評価値ベクトルである。具体的に説明すれば、ｐｊについてステップＳ１２の後、ステップＳ１３の処理を行い、続いてステップＳ１４およびステップＳ１５の後、Ｓ１３Ａを行ったとすると、ステップＳ１２に対する評価結果がｅｊ´であり、ステップＳ１５に対する評価結果がｅｊである。続くステップＳ１６では、これらｅｊとｅｊ´を用いてｍｊiを算出する。干渉行列Ｍｊはｍｊiを用いた次式で表されるＭ×Ｍ行列である。 Here, ej is the previous evaluation value vector (step S13A), and ej ′ is the previous evaluation value vector (step S13). More specifically, if step S12 is performed for pj after step S13, and then step S14 and step S15 are followed by step S13A, the evaluation result for step S12 is ej ′, and step S15 The evaluation result for is ej. In the subsequent step S16, mj i is calculated using these ej and ej ′. The interference matrix Mj is an M × M matrix expressed by the following equation using mj i .
（数５）
Ｍｊ＝［ｍｊ1 ｍｊ2 …ｍｊM ］ ………………（５）
ｊ＝１，２，…，Ｎ
(Equation 5)
Mj = [mj 1 mj 2 ... Mj M ] (5)
j = 1, 2,..., N
ステップＳ１７およびステップＳ１８は、Ｍゾーン全てについてステップＳ１４とＳ１５とＳ１３ＡとＳ１６を行うよう指示する処理である。Ｍゾーン全てについて既に終了している場合は、図３（ａ）に戻ってステップＳ１を終了する。図３（ａ）に戻って、ステップＳ２−１は、得られた干渉行列を用いて次式 Steps S17 and S18 are processes for instructing to perform steps S14, S15, S13A, and S16 for all M zones. If all M zones have already been completed, the process returns to FIG. 3A and ends step S1. Returning to FIG. 3A, step S2-1 uses the obtained interference matrix to
（数６）
Δｐｊ＝μ×Ｍｊ-1×Δｅｊ …………（６）
(Equation 6)
Δpj = μ × Mj −1 × Δej (6)
によりパラメータ補正値出力部９Ａでパラメータ補正値を算出する処理である。ここでΔｐｊはｊ番目のパラメータｐｊに関する補正値、μはたとえば０．７〜１．０（本実施の形態では１）の値をもつステップサイズパラメータ、Ｍｊ-1は干渉行列（Ｍ×Ｍ行列）の逆行列である。Δｅｊは評価値ベクトルｅｊに関する修正すべき値であって、例えば評価値ベクトルｅｊが最終的に零ベクトルになることを望む場合は、［０ ０…０］T−ｅｊ＝−ｅｊがΔｅｊに設定される。ここで得られた補正値Δｐｊは、図４において、後述するように、パターン発生部８−ｉに入力されて、そのときまでのパラメータｐｊに加算されてパラメータの補正が行われる。
Thus, the parameter correction
ここで、μはパラメータの修正の際に、過修正や誤修正が生じた場合の影響を小さくするために用いられている。なお、誤修正は、主に雑音、外乱、周囲環境の変化による評価値のバラツキから生じる。また、このステップサイズパラメータが無くても（μ＝１の場合）、パラメータ補正値によって補正される結果、最終的には、最適値に収束することとなるが、補正における修正値が小さくなってくると、バラツキの影響が大きくなり、最適値の近傍を振動して収束し難くなるという可能性があるので、この場合にμを小さくして、パラメータを少しずつ修正することで、より速く収束させることができる。このμの値の設定方法は、経験的に行われ、例えばパラメータの修正過程において、評価値の変化が振動的ならμを小さくし、パラメータの変化が小さく、期待通りの評価値が迅速に得られないときは大きくするようにして設定する。 Here, μ is used to reduce the influence of overcorrection or erroneous correction when parameters are corrected. Note that miscorrection mainly arises from variations in evaluation values due to noise, disturbances, and changes in the surrounding environment. Even if this step size parameter is not present (when μ = 1), the result of correction by the parameter correction value eventually converges to the optimum value, but the correction value in correction becomes smaller. If this happens, the effect of variation will increase, and it may become difficult to converge by oscillating the vicinity of the optimum value. In this case, the parameter converges faster by making μ smaller and correcting the parameters little by little. Can be made. This method of setting the value of μ is empirically performed. For example, in the process of parameter correction, if the change in the evaluation value is oscillating, μ is reduced, the change in the parameter is small, and the expected evaluation value is obtained quickly. If it is not possible, set it to be larger.
上述の説明の理解のため、パラメータＹＩについて、簡単のため２ゾーンの場合に例をとって、具体的に数式で説明する。パラメータＹＩは２ゾーンについて、それぞれＹＩ1，ＹＩ2とする。
今、これらのパラメータについて、評価値ＥＹIが−α１と−α２（ＥＹI＝［−α１ −α２］T）であった場合に、次の連立一次方程式を用いてこれらパラメータと評価値とを関係付ける。
In order to understand the above description, the parameter YI will be specifically described using mathematical formulas by taking an example in the case of two zones for the sake of simplicity. The parameter YI is YI 1 and YI 2 for the two zones, respectively.
Now, for these parameters, when the evaluation values EY I are −α1 and −α2 (EY I = [− α1−α2] T ), these parameters and the evaluation values are obtained using the following simultaneous linear equations. Relate.
（数７）
ＹＩ1×（ｇｒａｄ１）＋ＹＩ2×（ｇｒａｄ２）＋Ｃ１＝−α１
ＹＩ1×（ｇｒａｄ３）＋ＹＩ2×（ｇｒａｄ４）＋Ｃ２＝−α２
(Equation 7)
YI 1 × (grad1) + YI 2 × (grad2) + C1 = −α1
YI 1 × (grad3) + YI 2 × (grad4) + C2 = −α2
ここで、（ｇｒａｄ１）〜（ｇｒａｄ４）は、本来非線形である温度特性をある特定の温度帯に限定して線形近似したときの傾き（定数）であり、Ｃ１、Ｃ２は未知定数である。
今、ＹＩ＝［ＹＩ1＋ｄ1 ＹＩ2］TのときＥＹI＝［−α１＋β１ −α２＋β２］Tが得られるとすると、
（数８）
（ＹＩ1＋ｄ１）×（ｇｒａｄ１）＋ＹＩ2×（ｇｒａｄ２）＋Ｃ１＝−α１＋β１
（ＹＩ1＋ｄ１）×（ｇｒａｄ３）＋ＹＩ2×（ｇｒａｄ４）＋Ｃ２＝−α２＋β２
Here, (grad1) to (grad4) are inclinations (constants) when linearly approximating the inherently non-linear temperature characteristics to a specific temperature range, and C1 and C2 are unknown constants.
Assuming that EY I = [− α1 + β1−α2 + β2] T is obtained when YI = [YI 1 + d 1 YI 2 ] T ,
(Equation 8)
(YI 1 + d1) × (grad1) + YI 2 × (grad2) + C1 = −α1 + β1
(YI 1 + d1) × (grad3) + YI 2 × (grad4) + C2 = −α2 + β2
が成立するので、ｇｒａｄ１＝β１／ｄ１、ｇｒａｄ３＝β２／ｄ１が得られる。
次に、ＹＩ＝［ＹＩ1 ＹＩ2＋ｄ２］TのときＥＹI＝［−α１＋γ１−α２＋γ２］Tが得られるとすると、
（数９）
ＹＩ1×（ｇｒａｄ１）＋（ＹＩ2＋ｄ２）×（ｇｒａｄ２）＋Ｃ１＝−α１＋γ１
ＹＩ1×（ｇｒａｄ３）＋（ＹＩ2＋ｄ２）×（ｇｒａｄ４）＋Ｃ２＝−α２＋γ２
Therefore, grad1 = β1 / d1 and grad3 = β2 / d1 are obtained.
Next, when YI = [YI 1 YI 2 + d2] T , EY I = [− α1 + γ1−α2 + γ2] T is obtained.
(Equation 9)
YI 1 × (grad1) + (YI 2 + d2) × (grad2) + C1 = −α1 + γ1
YI 1 × (grad3) + (YI 2 + d2) × (grad4) + C2 = −α2 + γ2
が成立するので、ｇｒａｄ２＝γ１／ｄ２、ｇｒａｄ４＝γ２／ｄ２が得られる。
したがって、以上の関係より、ＹＩ＝［ＹＩ1＋ｘ１ ＹＩ2＋ｘ２］Tと設定したとき、ＥＹI＝［０ ０］Tになるとすると、
Therefore, grad2 = γ1 / d2 and grad4 = γ2 / d2 are obtained.
Therefore, from the above relation, when YI = [YI 1 + x1 YI 2 + x2] T is set and EY I = [0 0] T ,
（数１０）
（ＹＩ1＋ｘ１）×（ｇｒａｄ１）＋（ＹＩ2＋ｘ２）×（ｇｒａｄ２）＋Ｃ１＝０
（ＹＩ1＋ｘ１）×（ｇｒａｄ３）＋（ＹＩ2＋ｘ２）×（ｇｒａｄ４）＋Ｃ２＝０
(Equation 10)
(YI 1 + x1) × (grad1) + (YI 2 + x2) × (grad2) + C1 = 0
(YI 1 + x1) × (grad3) + (YI 2 + x2) × (grad4) + C2 = 0
なる連立方程式が成立するので、これら連立方程式を組み合わせれば、次式が得られ、ｘ１、ｘ２を求めることができる。 Since these simultaneous equations are established, the following equations are obtained by combining these simultaneous equations, and x1 and x2 can be obtained.
（数１１）
ｘ１×（β１／ｄ１）＋ｘ２×（γ１／ｄ２）＝α１
ｘ１×（β２／ｄ１）＋ｘ２×（γ２／ｄ２）＝α２
(Equation 11)
x1 × (β1 / d1) + x2 × (γ1 / d2) = α1
x1 × (β2 / d1) + x2 × (γ2 / d2) = α2
この方程式は、干渉行列ＭＹＩを用いた次式
（数１２）
ＭＹＩ×［ｘ１ ｘ２］T＝［α１ α２］T
と表され、ｘ１、ｘ２が（６）式に示したΔｐｊに該当し、α１、α２が（６）式に示したΔｅｊに対応していることが理解される。
This equation is expressed by the following equation (12) using the interference matrix MYI.
MYI × [x1 x2] T = [α1 α2] T
It is understood that x1 and x2 correspond to Δpj shown in equation (6), and α1 and α2 correspond to Δej shown in equation (6).
図３（ａ）において、ステップＳ２−１からＳ２−Ｎでは、１からＮ番目のパラメータについてそれぞれ補正処理を行うようになっており、図３（ａ）では対応するパラメータ番号ｊがハイホンに引き続いて示されている。
なお、パラメータの補正（ステップＳ２−１〜Ｎ）は、その次のステップ（ステップＳ１−２〜Ｎ）で行われる干渉行列の作成をより精度良くするために行われるものであり（補正されたパラメータによるパターン発生部出力を用いて図３（ｂ）のステップＳ１３やステップＳ１３Ａの評価を行うことにより精度を高めることができる）、かかる精度が不要の場合は、干渉行列作成手順（図３（ａ））の処理から省略しても良い。
In FIG. 3A, in steps S2-1 to S2-N, correction processing is performed for each of the 1st to Nth parameters, and in FIG. 3A, the corresponding parameter number j continues to the hi-phone. Is shown.
The parameter correction (steps S2-1 to N) is performed in order to improve the accuracy of creating the interference matrix performed in the next step (steps S1-2 to N) (corrected). The accuracy can be improved by performing the evaluation of step S13 and step S13A in FIG. 3B using the pattern generation unit output by the parameter. If such accuracy is not required, the interference matrix creation procedure (FIG. 3 ( You may abbreviate | omit from the process of a)).
また、図３に示した手順では、それぞれパラメータ毎に１つずつ干渉行列を作成したが、干渉行列作成手順を簡素化するために、適当な特定のパラメータに関する干渉行列を選択し、その干渉行列を全てのパラメータについて共通のものとしてもよい。すなわち、選択した特定のパラメータに関する干渉行列のみを作成し、該パラメータおよびその他のパラメータの更新（補正）は、全てその干渉行列を使って行うようにしてもよい。そうすることによって、図３に示した手順のうち、その他のパラメータに関する干渉行列作成手順を省くことができ（例えばパラメータ１の干渉行列を選択したとすると、ステップＳ１−１のみを行えばよい）、干渉行列作成に費やす時間を大幅に短縮することができる。
Further, in the procedure shown in FIG. 3, one interference matrix is created for each parameter, but in order to simplify the interference matrix creation procedure, an interference matrix related to an appropriate specific parameter is selected, and the interference matrix is selected. May be common to all parameters. That is, only the interference matrix related to the selected specific parameter may be created, and the update (correction) of the parameter and other parameters may be performed using the interference matrix. By doing so, it is possible to omit the interference matrix creation procedure for other parameters in the procedure shown in FIG. 3 (for example, if the interference matrix of
例えば、各パラメータがゲインに基づいて定められるような場合は、熱処理炉への操作量と熱処理炉からの温度検出値（制御量）との関係を表す伝達ゲインを各要素とする行列を作成し、その干渉行列を全てのパラメータについて共通のものとすることができる。
ここで、伝達ゲインとは、定常状態において操作量の微少な変化に対して制御量が変化した割合のことである。伝達ゲインを要素とした干渉行列Ｍは、図２において切替器６−ｉをパターン発生部８−ｉ側に常時接続している状態で、例えば図３６に示す手順で得ることができる。
For example, if each parameter is determined based on gain, create a matrix with each element as a transfer gain that represents the relationship between the manipulated variable to the heat treatment furnace and the temperature detection value (control amount) from the heat treatment furnace. The interference matrix can be common to all parameters.
Here, the transfer gain is a rate at which the control amount changes with respect to a slight change in the operation amount in a steady state. The interference matrix M having the transfer gain as an element can be obtained by, for example, the procedure shown in FIG. 36 in a state where the switch 6-i is always connected to the pattern generator 8-i in FIG.
図３６において、ステップＳ２１は、パターン発生器８−ｉから任意の一定出力ｕｉを設定する処理である。この時の出力値について特に制約はないが、後述する次のステップＳ２２で得られる制御量の安定値が、プロセス処理を行う温度の範囲内（図３２のＴ0〜Ｔ1）であることが望ましい。この時のパターン発生器８−ｉからの出力をベクトルｕで表す。
（数１３）
ｕ＝〔ｕ1 ｕ2 …… ｕM 〕T
In FIG. 36, step S21 is processing for setting an arbitrary constant output ui from the pattern generator 8-i. Although there is no particular restriction on the output value at this time, the stable value of the controlled variable obtained in the next step S22 described later may be within the temperature range (T 0 to T 1 in FIG. 32) at which the process is performed. desirable. The output from the pattern generator 8-i at this time is represented by a vector u.
(Equation 13)
u = [u 1 u 2 ...... u M ] T
ステップＳ２２は、Ｓ２１までの操作量入力に対し、制御量の検出値が安定したときの値（温度）を取得する手順である。このとき得られた１〜Ｍゾーンにおける制御量の安定値をベクトルｙで表す。
（数１４）
ｙ＝〔ｙ1 ｙ2 …… ｙM 〕T
Step S22 is a procedure for acquiring a value (temperature) when the detected value of the controlled variable is stable with respect to the manipulated variable input up to S21. A stable value of the controlled variable in the 1 to M zones obtained at this time is represented by a vector y.
(Equation 14)
y = [y 1 y 2 ...... y M ] T
ステップＳ２３は、ある特定のｉゾーンのパターン発生器８−ｉの出力を、Ｓ２１で設定した値から微少量Δｕｉ ずらして設定する手順である。ステップＳ２４は、Ｓ２２と同じ手順である。ステップＳ２５は、直前に得られた２つの安定値ベクトルを用いて干渉行列Ｍのｉ列目のベクトルｍiを次式で算出する処理である。
（数１５）
ｍi＝（ｙ−ｙ’）／Δｕｉ
Step S23 is a procedure for setting the output of the pattern generator 8-i in a specific i zone by shifting a slight amount Δui from the value set in S21. Step S24 is the same procedure as S22. Step S25 is a process of calculating the vector mi of the i- th column of the interference matrix M by the following equation using the two stable value vectors obtained immediately before.
(Equation 15)
m i = (y−y ′) / Δui
ここで、ｙは直前に得た制御量の安定値であり、ｙ’は２つ前に得た安定値である。具体的に説明すれば、ステップＳ２１の後、ステップＳ２２を行い、続いてステップＳ２３の後、ステップＳ２４を行ったとすると、続くステップＳ２５で得た安定値がｙであり、ステップＳ２２で得た安定値がｙ’である。干渉行列Ｍはｍｉ を用いた次式で表されるＭ×Ｍ行列である。
（数１６）
Ｍ＝〔ｍ1 ｍ2 …… ｍM 〕
Here, y is the stable value of the control amount obtained immediately before, and y ′ is the stable value obtained two times before. Specifically, if step S22 is performed after step S21, and then step S24 is performed after step S23, the stable value obtained in subsequent step S25 is y, and the stable value obtained in step S22 is obtained. The value is y ′. The interference matrix M is an M × M matrix expressed by the following equation using mi.
(Equation 16)
M = [m 1 m 2 ...... m M ]
ステップＳ２６とステップＳ２７は、Ｍゾーン全てについてステップＳ２３〜ステップＳ２５を行うよう指示する処理である。Ｍゾーン全てについて既に終了している場合は、干渉行列作成手順を終了する。
図３６で示した手順で干渉行列を作成することによって、図３に示した干渉行列作成手順を省くことができ、特に時間がかかるＳ１２、Ｓ１５を省くことができ、干渉行列作成に費やす時間を大幅に短縮することができる。
Steps S26 and S27 are processes for instructing to perform steps S23 to S25 for all M zones. If all the M zones have already been completed, the interference matrix creation procedure is terminated.
By creating the interference matrix by the procedure shown in FIG. 36, the interference matrix creation procedure shown in FIG. 3 can be omitted. In particular, time-consuming S12 and S15 can be omitted, and the time spent for creating the interference matrix can be saved. It can be greatly shortened.
そして、上述の手順によって全てのパラメータの干渉行列が設定されると、これら干渉行列を用いて、パターン発生部８−ｉの出力に作用するＮ個のパラメータを最適の値に設定するために、例えば図４に示す手順によってパラメータの更新（補正）を行うことが可能となる。このパラメータの補正は、パターン発生部８−ｉにおいて、設定されているパラメータに（６）式で得られるパラメータ補正値を加算することにより行われる。 Then, when the interference matrix of all parameters is set by the above procedure, in order to set the N parameters acting on the output of the pattern generator 8-i to the optimum values using these interference matrices, For example, the parameters can be updated (corrected) by the procedure shown in FIG. This parameter correction is performed by adding the parameter correction value obtained by the equation (6) to the set parameter in the pattern generation unit 8-i.
次に、図４を用いて、パラメータの更新（図３に説明した補正後に、必要に応じて行われる補正）の手順の一例について説明する。パラメータの補正は図３の干渉行列作成時においても、上述のように必要に応じて行われるが、図４に示した一連の手順は、主にパラメータの更新が必要であると判断された場合に行われるものであり、実際のプロセス処理に先立って行われるパラメータ最適化（調整）のとき、および例えば熱処理炉の立ち上げの際に生じる周囲温度の変化などに伴うパラメータ更新のときに１〜３サイクル程度行われるものである。 Next, an example of a procedure for updating parameters (correction performed as necessary after the correction described in FIG. 3) will be described with reference to FIG. The parameter correction is performed as necessary as described above even when the interference matrix shown in FIG. 3 is created, but the series of procedures shown in FIG. 4 is mainly performed when it is determined that the parameter needs to be updated. 1 is performed during parameter optimization (adjustment) performed prior to actual process processing, and when parameters are updated due to, for example, changes in ambient temperature when the heat treatment furnace is started up. About 3 cycles are performed.
図４に示される手順において、図３に示した処理と同じ処理を行う場合は、図３での記号と同一符号を付している。図４（ａ）は全体のフローチャートを示す。ステップＳ３−１，３−２，３−Ｎは、直前のＳ２−１，２−２，２−Ｎで行われるパラメータ更新の結果を評価する処理であり、詳細は図４（ｂ）に示されている。図４のうち、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３は、図３で示したものと同じ処理であるので説明を省略する。なお、図４に示した手順は、パラメータの補正を１パラメータずつ行うものであるが、手順の簡素化のため、複数パラメータを一度に補正する手順でもよい。 In the procedure shown in FIG. 4, when the same processing as the processing shown in FIG. 3 is performed, the same reference numerals as those in FIG. FIG. 4A shows an overall flowchart. Steps S3-1, 3-2, and 3-N are processes for evaluating the result of the parameter update performed in the immediately preceding S2-1, 2-2, and 2-N. Details are shown in FIG. Has been. In FIG. 4, S11, S12, and S13 are the same processes as those shown in FIG. Note that the procedure shown in FIG. 4 is for correcting parameters one parameter at a time, but may be a procedure for correcting a plurality of parameters at a time in order to simplify the procedure.
次に、この発明の制御方法を用いて、図３２に示したプロセス処理のうちステップＳ１０３を行う場合の具体的な関数と評価方法の一例について、図５〜図７を用いて説明する。図５は制御量応答（温度検出値）の従来技術と本発明を比較したものであり、温度目標値の変化を実線で表し、従来の制御量応答の変化を点線で表わし、本発明の制御量応答の変化を破線で表わしたものである。 Next, an example of a specific function and an evaluation method when performing step S103 in the process processing shown in FIG. 32 using the control method of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 compares the control amount response (temperature detection value) with the prior art and the present invention. The change in temperature target value is represented by a solid line, and the change in the conventional control amount response is represented by a dotted line. The change in the quantity response is represented by a broken line.
これらの図において、ｔ0は目標温度上昇開始時刻、ｔ1は目標温度上昇終了時刻である。切替器６−ｉの動きを説明すると、時刻ｔ0から目標値と制御量の偏差が零近傍になるまでの間（時刻ｔ1後しばらくの間であり、例えば３０分と時間を定めるようにしてもよいし、偏差が所定値、例えば１％内になることを検出できる時刻としてもよい）、切替器６−ｉは第２のパターン発生部８−ｉ側に切り替えられており、パターン発生部８−ｉの出力端を選択するようになっている。それ以外の時間は、ＰＩＤ調節部２−ｉからの入力端を選択するようになっている。図５の実線で表される目標値が与えられたとき、（１）式で導入した本発明のパターン発生部８−ｉの関数ｆは、例えば、図６で示すように次式 In these figures, t 0 is the target temperature rise start time, and t 1 is the target temperature rise end time. The movement of the switch 6-i will be described. From the time t 0 until the deviation between the target value and the controlled variable becomes close to zero (for a while after the time t 1 , for example, set the time to 30 minutes. Alternatively, it may be a time at which the deviation can be detected within a predetermined value, for example, 1%), and the switch 6-i is switched to the second pattern generation unit 8-i side to generate the pattern. The output end of the section 8-i is selected. At other times, the input terminal from the PID adjustment unit 2-i is selected. When the target value represented by the solid line in FIG. 5 is given, the function f of the pattern generator 8-i of the present invention introduced by the equation (1) is expressed by the following equation as shown in FIG.
で表されるパターンが設定される。図中、ｔ2は一次関数ＹＩi＋ＹＧi・（ｔ−ｔ0）がＹＦiに達する時刻、Ｙ0は制御量が温度Ｔ0で安定しているときの熱処理炉３Ａの当該ゾーンへの入力値でありＹ0≦ＹＩiである。Ｍａｘ、Ｍｉｎはそれぞれ熱処理炉３Ａへ入力することができる最大値、最小値である。ｔ0以前など切替器６−ｉがＰＩＤ調節部２−ｉからの入力端を選択しているときの信号を、図６では破線で示している。また、ＴＩi，ＹＩi，ＹＧi，ＹＦiは４つのパラメータであるが、パラメータＹＩiはＹＧiのα（ここで詳述はしないが、電気炉の特性によって考慮される定数であり、電気炉の特性を２次遅れ近似Ｇ／（１＋αｓ）（１＋βｓ）した場合の時定数であってα＞βを満たす）倍とおくことにより、実質的にＹＧiとＹＩiは、いずれか一つのパラメータで表される。
The pattern represented by is set. In the figure, t 2 is the time when the linear function YI i + YG i · (t−t 0 ) reaches YF i , and Y 0 is the time when the controlled variable is stable at the temperature T 0 to the zone of the
そして、図７は図３で示した干渉行列の作成および図４に示したパラメータ更新のための評価方法の説明図である。４つのパラメータに関する評価のうち、ＴＩiの評価項目は図７の１で示されている時刻ｔ2の数分前（あるいは時刻ｔ2）の目標値と制御量の偏差を、ＹＧiあるいはＹＩiの評価項目は２で示されている時刻ｔ2の数分前（あるいは時刻ｔ2）の制御量の上昇速度を、ＹＦiの評価項目は３で示されている時刻ｔ1後の制御量のオーバーシュート量をそれぞれ選択している。なお、これら評価項目における評価値は加算器１−ｉに入力される目標値に対する制御量の差において判断され、この実施の形態では、加算器の出力値で１の評価を行い、加算器の出力の傾きで２の評価を行い、時刻ｔ1後における加算器１の出力値の最大値（絶対値における）を用いて３の評価を行うようにしており、いずれも、これらの評価値が所望の値となるように干渉行列を用いたパラメータの更新が行われる。 FIG. 7 is an explanatory diagram of the evaluation method for creating the interference matrix shown in FIG. 3 and updating the parameters shown in FIG. Of evaluation of four parameters, the target value and a controlled variable of the deviation of the evaluation items of TI i is several minutes before the time t 2 shown in 1 of FIG. 7 (or time t 2), YG i or YI i endpoint few minutes before the time t 2, shown in 2 (or time t 2) the rising speed of the control amount of the evaluation items of the YF i control after time t 1 shown in 3 Each amount of overshoot is selected. Note that the evaluation values in these evaluation items are determined based on the difference in control amount with respect to the target value input to the adder 1-i. In this embodiment, 1 is evaluated based on the output value of the adder. The evaluation of 2 is performed based on the slope of the output, and the evaluation of 3 is performed using the maximum value (in absolute value) of the output value of the adder 1 after time t 1. The parameter is updated using the interference matrix so as to obtain a desired value.
そして、パラメータの更新においては、まず、パラメータＴＩiの更新（図４のステップＳ２−１とそれに続くステップＳ３−１に対応）を行った後、パラメータＹＧiあるいはＹＩiの更新（図４のステップＳ２−２とそれに続くステップＳ３−２に対応）を行い、最後にパラメータＹＦiの更新（図４のステップＳ２−Ｎとそれに続くステップＳ３−ＮのＮ＝３に対応）を行う。 In the parameter update, first, the parameter TI i is updated (corresponding to step S2-1 in FIG. 4 and the subsequent step S3-1), and then the parameter YG i or YI i is updated (in FIG. 4). step S2-2 and performs corresponding to step S3-2) followed by the last updating of the parameters YF i (corresponding to the step S2-N and step S3-N for N = 3 the subsequent Figure 4).
なお、この実施の形態においては、評価値の一つとしてオーバーシュート量を用いたが、これに代えて、切替器がパターン発生部側からＰＩＤ調節側に切り替わる時点における目標値と制御量の偏差（加算器の出力）を用い、例えばこの偏差が零となるようにパラメータを更新するようにしても良い。
また、以上のようにパラメータが更新された関数出力は、温度制御による加熱処理実行時に先だって予め算出して、図示しないメモリに記憶しておき、加熱処理時には、このメモリからの出力をもってパターン発生部からの出力としても良い。
このように制御量に基づき、パターン発生部８−ｉの有する近似関数のパラメータを補正することは、勿論、後述する他の実施の形態に対しても適用できる。
In this embodiment, the overshoot amount is used as one of the evaluation values. Instead, the deviation between the target value and the control amount at the time when the switch is switched from the pattern generation unit side to the PID adjustment side. For example, the parameter may be updated so that the deviation becomes zero.
In addition, the function output with the updated parameters as described above is calculated in advance and stored in a memory (not shown) at the time of performing the heating process by temperature control, and the pattern generating unit receives the output from this memory at the time of the heating process. May be output from.
Correcting the parameters of the approximate function of the pattern generator 8-i based on the control amount in this way can of course be applied to other embodiments described later.
図８は、図１に示した実施の形態１における変形例を示すブロック図であり、図１と同一又は相当物には同一の数字符号を付しており、ここでの説明を省略する。
図８に示される熱処理炉３Ｂは、図２９（ｂ）に示したものと同じであり、第１の温度検出値（制御量）が出力される端子ｂと第２の温度検出値（副制御量）が出力される端子ｃとを有する。そして、これら２つの端子ａ，ｂからの第１及び第２の温度検出値が平均化処理部１７を介して加算器１に入力されている。
FIG. 8 is a block diagram showing a modification of the first embodiment shown in FIG. 1. The same or equivalent parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here.
The
この温度制御装置では、第１の温度検出値及び第２の温度検出値とを、予め所定の比率で平均し、その平均出力を加算器１に入力するようにしたものである。なお、上記比率は予め経験的に求めておく。
In this temperature control device, the first temperature detection value and the second temperature detection value are averaged in advance at a predetermined ratio, and the average output is input to the
このような構成によれば、実施の形態１において示した効果に加えて、更に、炉内各所（例えば２点）において検出した複数の温度検出値が所定の比率で平均化されてなる値を制御量として扱うことができ、炉内温度を短時間で所望の設定温度に安定させることができるという効果も生じる。この変形例は、後述する実施の形態にも、勿論、適用可能である。 According to such a configuration, in addition to the effects shown in the first embodiment, a value obtained by averaging a plurality of temperature detection values detected at various locations in the furnace (for example, two points) at a predetermined ratio is further obtained. It can be handled as a controlled variable, and there is an effect that the furnace temperature can be stabilized at a desired set temperature in a short time. Of course, this modification can be applied to the embodiments described later.
実施の形態２．
図９、図１０は実施の形態２を示す制御ブロック図であり、図１、図２と同一または相当物には同一数字符号を付している。
図９に示される制御ブロックは、図１に示された制御ブロックにおける切替器の後段にさらにＰＩＤ調節部１２を備えるとともに、切替器６とＰＩＤ調節部１２の間に加算器４を設けてフィードバックループ２０を構成してカスケード制御を実行する構造としたものである。
9 and 10 are control block diagrams showing the second embodiment, and the same or equivalent parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
The control block shown in FIG. 9 further includes a
また、図１０に示される制御ブロックは、図９に示された構成を複数ゾーンに適用するようにしたものであり、図２に示された制御ブロックにおける切替器６−ｉの後段にさらにＰＩＤ調節部１２−ｉを備えるとともに、切替器６−ｉとＰＩＤ調節部１２−ｉの間に加算器４−ｉを設けてフィードバックループ２０−ｉを構成してカスケード制御を実行する構造としたものである。 Further, the control block shown in FIG. 10 is obtained by applying the configuration shown in FIG. 9 to a plurality of zones, and further includes a PID in the subsequent stage of the switch 6-i in the control block shown in FIG. An adjustment unit 12-i is provided, and an adder 4-i is provided between the switch 6-i and the PID adjustment unit 12-i to configure a feedback loop 20-i to execute cascade control. It is.
この場合、熱処理炉３Ｂ（図９）、または３Ｃ（図１０）における端子ｃ（またはｃ−ｉ）から第２の温度検出値（副制御量）が出力されて加算器４（または４−ｉ）に入力される。また熱処理炉３Ｂの端子ｂ（またはｂ−ｉ）からは第１の温度検出値（主制御量）が出力されて加算器１（または１−ｉ）に入力される。図９に示される熱処理部３Ｂは図２９（ｂ）に示したものと同じであり、第１の温度検出値用端子ｂに接続された温度センサ３５は反応室の基板近傍に配置され、第２の温度検出値用端子ｃに接続された温度センサはヒータ３４の近傍に配置されている。
In this case, the second temperature detection value (sub-control amount) is output from the terminal c (or c-i) in the
このようなカスケード制御によれば、熱処理炉３Ｂの応答が変化したときフィードバックループ２０でその変動を軽減し、制御の応答性を高めるなど、第２の温度検出値を有効に活用することができ、全体の制御性能を高めることができる。
実施の形態２におけるパターン発生部８Ａ（または８Ａ−ｉ）は、例えば、次の近似関数およびパラメータをパターン出力のために用いることができる。
The
実施の形態２においても、実施の形態１と全く同様の動作により、干渉行列の作成、パラメータの更新（補正）が行われ、同様の作用、効果を奏する。
なお、実施の形態２では、パターン発生部８Ａ−ｉの後段のＰＩＤ調節部１２−ｉにおいて、微分要素をもつため、近似関数に矩形状の変化部分（実施の形態１のＭａｘ：パラメータＴＩiに相当する）を持たせなかったが、ＰＩＤ調節部１２−ｉが積分と比例要素のみからなる場合は、実施の形態１と同様の近似関数を用いるようにしてもよい。
Also in the second embodiment, an interference matrix is created and parameters are updated (corrected) by the same operation as in the first embodiment, and the same operations and effects are achieved.
In the second embodiment, since the PID adjusting unit 12-i subsequent to the
次に、この実施の形態２を用いて、図３２に示したプロセス処理のうちステップＳ１０３を行う場合の具体的な関数と評価方法の一例について、図１１〜図１３を用いて説明する。図１１は制御量応答（第１の温度検出値）の従来技術と本発明を比較したものであり、目標値の変化を実線で表し、従来の制御量応答の変化を点線で表わし、本発明の制御量応答の変化を破線で表わしたものである。 Next, an example of a specific function and an evaluation method when performing step S103 in the process processing shown in FIG. 32 will be described using the second embodiment with reference to FIGS. FIG. 11 compares the control amount response (first temperature detection value) with the prior art and the present invention. The change in the target value is represented by a solid line, and the change in the conventional control amount response is represented by a dotted line. The change in the control amount response is represented by a broken line.
これらの図において、ｔ0は目標温度上昇開始時刻、ｔ1は目標温度上昇終了時刻である。切替器６−ｉの動きを説明すると、時刻ｔ0から目標値と制御量の偏差が零近傍になるまでの間（時刻ｔ1後しばらくの間であり、例えば３０分）、切替器６−ｉはパターン発生部８Ａ−ｉ側に切り替えられており、パターン発生部８Ａ−ｉの出力端を選択するようになっている。それ以外の時間は、ＰＩＤ調節部２−ｉからの入力端を選択するようになっている。図１１の実線で表される目標値が与えられたとき、パターン発生部８Ａ−ｉの関数ｆは、上式（８）を用いることができる。ここに、ｔは時間変数、ｔ0は目標温度上昇開始時刻であり、パラメータはＹＩi，ＹＧi，ＹＦiで表される。
In these figures, t 0 is the target temperature rise start time, and t 1 is the target temperature rise end time. The movement of the switch 6-i will be described. From the time t 0 until the deviation between the target value and the controlled variable becomes close to zero (for some time after time t 1 , for example, 30 minutes), the switch 6- i is switched to the
図１２は式（８）で示されるパターンを示したもので、図中、ｔ2は一次関数ＹＩi＋ＹＧi・（ｔ−ｔ0）がＹＦiに達する時刻、Ｙ0は制御量（第１の温度検出値）が温度Ｔ0で安定しているときの熱処理炉３Ｃの当該ゾーンへの入力値（操作量）でありＹ0≦ＹＩiである。ｔ0以前など切替器６−ｉがＰＩＤ調節部２−ｉからの入力端を選択しているときの信号を、図１２では破線で示している。
FIG. 12 shows a pattern represented by the equation (8). In the figure, t 2 is the time when the linear function YI i + YG i · (t−t 0 ) reaches YF i , and Y 0 is the control amount (the first variable). 1 (temperature detection value of 1) is an input value (operation amount) to the relevant zone of the
そして、図１３は図３で示した干渉行列の作成および図４に示したパラメータ更新のための評価方法の説明図である。３つのパラメータに関する評価のうち、ＹＩiの評価項目は図１２の１で示されているｔ2（あるいはｔ2直前）の目標値と制御量の偏差を、ＹＧiの評価項目は２で示されているｔ2（あるいはｔ2直前）の制御量の上昇速度を、ＹＦiの評価項目は３で示されているｔ1後の制御量のオーバーシュート量をそれぞれ選択している。 FIG. 13 is an explanatory diagram of the evaluation method for creating the interference matrix shown in FIG. 3 and updating the parameters shown in FIG. Among the evaluations regarding the three parameters, the evaluation item for YI i is the deviation between the target value of t 2 (or just before t 2 ) indicated by 1 in FIG. 12 and the evaluation item for YG i is 2 the rising speed of the control amount has been and t 2 (or t 2 immediately before), evaluation items of YF i are selected overshoot of the controlled variable after t 1, shown in 3, respectively.
なお、これら評価項目における評価値は加算器１−ｉに入力される目標値に対する制御検出値の差により判断され、この実施の形態では、加算器の出力値で１の評価を行い、加算器の出力の傾きで２の評価を行い、時刻ｔ1後における加算器１の出力値の最大値（絶対値における）を用いて３の評価を行うようにしており、いずれも、これらの評価値が所望の値となるように干渉行列を用いたパラメータの更新が行われる。 The evaluation values in these evaluation items are determined by the difference of the control detection value with respect to the target value input to the adder 1-i. In this embodiment, 1 is evaluated based on the output value of the adder. The evaluation of 2 is performed with the output slope of 3 and the evaluation of 3 is performed using the maximum value (in absolute value) of the output value of the adder 1 after time t 1. The parameter is updated using the interference matrix so that becomes a desired value.
次に、実施の形態２の変形例について説明する。
この変形例における第１変形例は、図１７に示されるように、切替制御部７´によって、切替器６の出力をパターン発生部８Ａ´の出力からＰＩＤ調節部２´の出力に切り替える際、切替直前のパターン発生部８Ａ´からの出力の値に応じて切り替え直後のＰＩＤ調節部２´の出力の値を調整するようにしたものである。
Next, a modification of the second embodiment will be described.
As shown in FIG. 17, the first modification in this modification is when the output of the
この調整は、切替直前のパターン発生部の出力をそのままプリセット値にしたり、切替直前のパターン発生部の出力値と安定時（定常時）の出力との一定比率の組み合わせ値とすることによる。 This adjustment is performed by setting the output of the pattern generation unit immediately before switching to the preset value as it is, or by combining the output value of the pattern generation unit immediately before switching with the output at the time of stability (steady time).
そして、このような構成において、図３２（ｂ）に示したステップＳ１０２の処理を行う場合の具体的な関数と評価方法の一例を図１４と図１５を用いて説明する。 An example of a specific function and evaluation method in the case of performing the process of step S102 shown in FIG. 32B in such a configuration will be described with reference to FIGS.
図１４（ａ）は、従来技術と実施の形態２の変形例を比較したものであり、目標値の変化を実線で表し、従来の制御量応答（第１の温度検出値）の変化を点線で表し、この発明による制御量応答の変化を破線で表したものである。ｔ0は、ボート投入開始時刻、ｔ1はボート投入終了時刻である。切替器の動きを説明すると、ｔ0からｔ1後しばらくして目標値と制御量（第１の温度検出値）の偏差が零近傍となるまでの時間、切替器はパターン発生部からの入力端を選択するようになっている。それ以外の時間は、ＰＩＤ調節部からの入力端を選択するようになっている。ボート投入時では、（１）式で導入したパターン発生部の関数ｆは、図１４（ｂ）で示すように、次式、 FIG. 14A shows a comparison between the prior art and a modification of the second embodiment, in which the change in the target value is represented by a solid line, and the change in the conventional control amount response (first temperature detection value) is represented by a dotted line. The change in the control amount response according to the present invention is represented by a broken line. t 0 is the boat loading start time, and t 1 is the boat loading end time. The movement of the switching device will be described. The time until the deviation between the target value and the controlled variable (first temperature detection value) becomes near zero after t 1 from t 0 , the switching device is input from the pattern generator. The end is selected. At other times, the input terminal from the PID adjustment unit is selected. When the boat is thrown in, the function f of the pattern generation unit introduced by the equation (1) is expressed by the following equation as shown in FIG.
（数１９）
ｆ（ｔ−ｔ0，ＹＩi，ＹＧi）
＝ＹＩi＋ＹＧi×（ｔ−ｔ0）
ｔ0≦ｔ，ｉ＝１，２，・・・Ｍ （９）
(Equation 19)
f (t−t 0 , YI i , YG i )
= YI i + YG i × (t−t 0 )
t 0 ≦ t, i = 1, 2,... M (9)
で表されるパターンを用いるのが適当である。この場合は、図１７に示したように、切替器６の出力をパターン発生部８Ａ´の出力からＰＩＤ調節部２´の出力へ切り替えるとき、切替制御部７´からの切替制御タイミングでパターン発生部８Ａ´の出力値をＰＩＤ調節部２´が受け取り、ＰＩＤ調節部２´の切替直後の出力値を調節する。
It is appropriate to use a pattern represented by: In this case, as shown in FIG. 17, when the output of the
このような構成によれば、図１４（ｂ）で示されるようなパターンで、パターン発生部の出力からＰＩＤ調節部の出力に切り替わるとき、パターン発生部の出力パターンが一定値ではなく時々刻々変化し、更に加えて切替条件がいつ（どの時点で）満たされるか分からないような場合でも、切替器による切替時に最適の値にプリセットを行うことができ、もって、切替前後に大きな出力変動を与えず、切替をスムーズに行い制御量を振動させず、過度状態（安定時以外）でも対処できるようになる。 According to such a configuration, when switching from the output of the pattern generation unit to the output of the PID adjustment unit in the pattern as shown in FIG. 14B, the output pattern of the pattern generation unit changes from time to time instead of a constant value. In addition, even when the switching condition is not known when (when) it can be preset to the optimal value when switching by the switch, giving large output fluctuations before and after switching. Therefore, it is possible to cope with an excessive state (except when stable) without switching the control amount smoothly and vibrating the control amount.
図１５は干渉行列作成およびパラメータ更新のための評価方法の説明図である。２つのパラメータに関する評価のうち，ＹＩiの評価は、図１５の１で示されている所定時刻での目標値と制御量（第１の温度検出値）の偏差を、ＹＧiの評価は２で示されている所定時刻付近の制御量の上昇または下降速度をそれぞれ選択している。 FIG. 15 is an explanatory diagram of an evaluation method for creating an interference matrix and updating parameters. Of the two parameter evaluations, the evaluation of YI i is the deviation between the target value and the controlled variable (first temperature detection value) at the predetermined time indicated by 1 in FIG. 15, and the evaluation of YG i is 2 The rising or falling speed of the control amount around the predetermined time indicated by is selected.
次に、第２変形例について図１８を用いて説明する。
第２変形例は、切替制御部７´´によって、切替器６の出力をＰＩＤ調節部２´´の出力からパターン発生部８Ａ´´の出力に切り替える際に、切替直前のＰＩＤ調節部２´´からの出力値に応じて、切替直後のパターン発生部８Ａ´´の出力値を調整するようにしたものである。
なお、このパターン発生部８Ａ´´の調整は、後述する式（８）´、（９）´によって行われる。
Next, a second modification will be described with reference to FIG.
In the second modification, when the output of the
Note that the adjustment of the
現実の温度制御に際しては、周囲（設備）環境や熱処理の特性が長期的に変化した場合、ヒータ近傍に配置した第２の温度検出値がその変化の影響を受けやすく、第１の温度検出値に対する第２の温度検出値の相対的な関係に変化が生じることがある。例えば、周囲気温が常より低く、あるいは高くなった場合、または電源電圧が常より小さく、あるいは、大きい場合、前者の場合は、冷却度が大きく（小さく）、後者の場合は、指示値に対して炉に与えるパワーが小さく（大きく）なるため、ＰＩＤ調節部の出力が常より大きい（小さい）値で安定することとなる。すなわち、周囲環境の変化の影響が安定時のＰＩＤ調節部の出力値の大小に現れる。 In actual temperature control, when the ambient (equipment) environment and heat treatment characteristics change over a long period of time, the second temperature detection value arranged near the heater is easily affected by the change, and the first temperature detection value A change may occur in the relative relationship of the second temperature detection value with respect to. For example, when the ambient temperature is lower or higher than usual, or when the power supply voltage is lower or higher than usual, the former has a large (small) cooling degree, and the latter has Since the power applied to the furnace is small (large), the output of the PID adjusting unit is stabilized at a value larger (small) than usual. In other words, the influence of changes in the surrounding environment appears in the magnitude of the output value of the PID adjustment unit when stable.
この変化を無視したパターン発生部からの出力で制御を行うと、当然ながら常より炉内温度が低い（高い）という状況となり、温度目標値への追従誤差が生じる。そこで、この例では、パターン発生部による開ループ制御の欠点を上述の長期的な変動に対して補償しようとするものであり、上述した（８）式（炉内温度をプロセス温度に上昇させる場合：ステップＳ１０３）や（９）式（ボート投入時の場合：ステップＳ１０２）を修正した次式 If the control is performed with the output from the pattern generator ignoring this change, the temperature in the furnace is naturally lower (higher) than usual, and a tracking error to the temperature target value occurs. Therefore, in this example, an attempt is made to compensate for the above-mentioned long-term fluctuations of the open loop control by the pattern generator, and the above-described equation (8) (when the furnace temperature is raised to the process temperature) : Step S103) and (9) (when boat is thrown: Step S102)
ｆ（ｔ−ｔ0，ΔＹＩi，ＹＧi）
＝ΔＹＩi＋ＹＧi×（ｔ−ｔ0）＋Ｙ0，
ｔ0≦ｔ，ｉ＝１，２…，Ｍ …（９）´
f (t−t 0 , ΔYI i , YG i )
= ΔYI i + YG i × (t−t 0 ) + Y 0 ,
t 0 ≦ t, i = 1, 2,..., M (9) ′
で表されるパターンを用いると、それらの長期的な変化を吸収し、ばらつきを少なくすることができる。ここで、ΔＹＩi，ΔＹＦiはそれぞれＹＩi，ＹＦiのＹ0からの差である。図で表せば、図１２の代わりに図１６（ａ）、図１４（ｂ）の代わりに図１６（ｂ）のようになる。また、Ｙ0は切替直前（ｔ0）におけるＰＩＤ調節部２´´の出力値である。
If the pattern represented by is used, those long-term changes can be absorbed and variations can be reduced. Here, ΔYI i and ΔYF i are the differences from Y 0 of YI i and YF i , respectively. Expressed graphically, FIG. 16 (a) is used instead of FIG. 12, and FIG. 16 (b) is used instead of FIG. 14 (b). Y 0 is the output value of the
図１８に示した構成は、ＰＩＤ調節部２´´の出力値をパターン発生部８Ａ´´が受け取って、パターン発生部８Ａ´´への切替直後の出力値を調節するようにしたものであり、このような構成によって、ＰＩＤ調節部からパターン発生部への切替に際して、切替時に最適の値にプリセットを行うことができ、もって、周囲（設備）環境や熱処理の特性が長期的に変化した場合に発生する第２の温度検出値の長期的な変動を補償することができる。
以上で述べた実施の形態２の変形例、即ち、切替器６−ｉの出力の切替の際に、切替直前において該切替器から出力されていた出力値に基づいて、切替直後の切替器からの出力値を調整することは、他の実施の形態においても適用できることは、勿論である。
The configuration shown in FIG. 18 is such that the output value of the
In the modification of the second embodiment described above, that is, when the output of the switch 6-i is switched, based on the output value output from the switch immediately before switching, from the switch immediately after switching. Of course, the adjustment of the output value can be applied to other embodiments.
実施の形態３
図１９、図２０は実施の形態３を示す制御ブロック図であり、図１、図２と同一または相当物には同一符号を付している。 図１９に示される制御ブロックは、図１に示された制御ブロックにおける切替器６の入力側とパターン発生部８との間に加算器４ＡおよびＰＩＤ調節部１２Ａを備えるようにしたものであり、この加算器４ＡとＰＩＤ調節部１２Ａとによりフィードバックループ２１を構成する構造としたものである。
19 and 20 are control block diagrams showing the third embodiment, and the same or equivalent parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. The control block shown in FIG. 19 includes an
また、図２０に示される制御ブロックは、図１９の構成を複数ゾーンに適用するようにしたものであり、図２に示された制御ブロックにおける切替器の入力側とパターン発生部の出力側との間に加算器４Ａ−ｉとＰＩＤ調節部１２Ａ−ｉを備え、加算器４Ａ−ｉとＰＩＤ調節部１２Ａ−ｉとによりフィードバックループ２１−ｉを構成する構造としたものである。
Further, the control block shown in FIG. 20 is obtained by applying the configuration of FIG. 19 to a plurality of zones. The control block shown in FIG. The
この場合、熱処理炉３Ｄ（図１９）、３Ｅ（図２０）においては端子ｃ（またはｃ−ｉ）から第２の温度検出値（副制御量）が出力されて加算器４Ａ（または４Ａ−ｉ）に入力される。また熱処理炉３Ｂの端子ｂ（またはｂ−ｉ）からは第１の温度検出値（主制御量）が出力されて加算器１（または１−ｉ）に入力される。図９に示される熱処理部３Ｂは図２９（ｂ）に示したものと同じであり、第１の温度検出値用端子ｂに接続された温度センサ３５は反応室の基板近傍に配置され、第２の温度検出値用端子ｃに接続された温度センサはヒータ３４の近傍に配置されている。
In this case, in the
このようなカスケード制御によれば、熱処理炉３Ｄ，３Ｅの応答が変化したとき、フィードバックループ２１，２１−ｉでその変動を軽減し、制御の速応性を高めるなど、第２の温度検出値を有効に活用することができ、全体の制御性能を高めることができる。
実施の形態３におけるパターン発生部８Ｂ（または８Ｂ−ｉ）は、実施の形態２と同様、次の近似関数およびパラメータをパターン出力のために用いている。
According to such cascade control, when the response of the
The
以上に述べた実施の形態３においても、実施の形態２と全く同様の動作により、干渉行列の作成、パラメータの更新（補正）が行われ、図１１乃至図１３で示したと同様の作用、効果を奏する。 Also in the third embodiment described above, an interference matrix is created and parameters are updated (corrected) by the same operation as in the second embodiment, and the same operations and effects as those shown in FIGS. 11 to 13 are performed. Play.
次に、実施の形態３の変形例について説明する。
図２１に示す構成は、第１変形例を示すブロック図であり、図１９に示した構成に破線で示したデータおよびデータの流れを付け加えている。
Next, a modification of the third embodiment will be described.
The configuration shown in FIG. 21 is a block diagram showing a first modified example, and the data and the data flow indicated by the broken lines are added to the configuration shown in FIG.
図２１において、切替制御部７´は切替器６を制御する切替制御信号を、ＰＩＤ調節部２´，１２Ａ´へ出力するよう構成されている。ＰＩＤ調節部２´は、加算器１の出力に応じて、ＰＩＤ演算して切替器６へ出力するほかに、切替器６がＰＩＤ調節部１２Ａ´の出力からＰＩＤ調節部２´の出力へ切り替えたとき、切替直前のＰＩＤ調節部１２Ａ´の出力値もしくはＰＩＤ演算の積分値を受け取って、切替直後のＰＩＤ調節部２´の初期出力値かもしくは、積分のプリセット値を調節するよう構成されている。
In FIG. 21, the switching
ＰＩＤ調節部１２Ａ´も同様に、加算器３の出力に応じてＰＩＤ演算し、切替器６に出力するほかに、切替器６が熱処理炉３Ｄへの出力をＰＩＤ調節部２´の出力からＰＩＤ調節部１２Ａ´の出力へ切り替えたとき、切替直前のＰＩＤ調節部２´の出力値もしくはＰＩＤ演算の積分値を受け取って、切替直後のＰＩＤ調節部１２Ａ´の初期出力値かもしくは積分のプリセット値を調節するようになっている。
このようにＰＩＤ調節部の出力値を切替時に調節することによって、切替前後の熱処理炉３Ｄへの入力端ａの入力値（操作量）が不適当にならないようにしている。
Similarly, the
In this way, by adjusting the output value of the PID adjustment unit at the time of switching, the input value (operation amount) of the input terminal a to the
そして、図２１に示した実施の形態３の動作については、図１７、図１８に示した実施の形態２の第１、第２変形例と同様であり、ボート投入処理、炉内温度をプロセス温度に上昇させる処理において同様な作用、効果を得ることができる。 The operation of the third embodiment shown in FIG. 21 is the same as that of the first and second modifications of the second embodiment shown in FIG. 17 and FIG. Similar actions and effects can be obtained in the process of raising the temperature.
図２２は実施の形態３の第２変形例を示すブロック図である。
図２２においては、切替器６がＰＩＤ調節部２´の出力からＰＩＤ調節部１２Ａ´の出力へ切り替えるとき、切替制御部７´からの切替制御のタイミングで切り替え直前の熱処理炉の出力端ｃからの出力値（第２の温度検出値）を受け取ってパターン発生部８Ｂ´の切替直後の出力値を調節するよう構成されている。このような構成によって、切替器６が、ＰＩＤ調節部２´の出力からＰＩＤ調節部１２Ａ´の出力へ切り替えるとき、切替時のパターン発生部８Ｂ´の出力値を最適値にすることができ、もって周囲（設備）環境や熱処理の特性が長期的に変化した場合に発生する第２の温度検出値の長期的な変動を補償することができる。このような構成によれば、環境状況に変動が生じても、安定した温度制御を行うことができる。
FIG. 22 is a block diagram showing a second modification of the third embodiment.
In FIG. 22, when the
実施の形態４．
図２３は実施の形態４を示すブロック図である。
実施の形態４は、熱処理炉３の温度目標値と熱処理炉３からの第１の温度検出値とが加算器１を介して入力されるＩ要素を含むＩ調節部２０１（第３の調節部）、及びＩ要素を含まないＰＤ調節部２０２（第４の調節部）とを備え、パターン出力を算出する近似関数を有し、近似関数のパラメータに応じてパターン出力を変化させるパターン発生部８Ｅと、加算器１の出力側に接続され、加算器１の出力に基づいてパターン発生部８Ｅのパラメータ補正値を出力するパラメータ補正値出力部９Ｅと、Ｉ調節部２０１の出力をパターン発生部８Ｅの出力に切替えることにより、Ｉ調節部２０１の出力とＰＤ調節部２０２の出力との加算出力を、パターン発生部８Ｅの出力とＰＤ調節部２０２の出力とが加算された出力に切り替えるための切替器２０３及び加算器２０４からなる切替手段と、該切替手段の出力（加算器２０４の出力）と熱処理炉３からの第２の温度検出値とが加算器４Ｅを介して入力され、熱処理炉３への操作量を出力する調節部１２Ｅ（第２の調節部）とを備えている。
FIG. 23 is a block diagram showing the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, an I adjustment unit 201 (third adjustment unit) including an I element in which the temperature target value of the
このような構成によれば、パターン発生部８Ｅからの出力している場合に、ゲインに関係する外乱が生じた場合に、ＰＤ調節部２０２がその外乱を抑制するよう作用して、良好な制御を行うことができる。
According to such a configuration, when a disturbance related to gain occurs in the case of output from the
実施の形態４及び後述する実施の形態７までは、パターン発生部の使用時に熱処理炉とＰＤ調節部が閉ループを構成し、該ＰＤ調節部の出力が、該パターン発生部の出力パターンに加算されるよう構成されるため、ゲインを用いる干渉行列の作成においては、操作量と主制御量検出値（第１の温度検出値）との関係を表す伝達ゲインを各要素とする行列Ｇを作成し、その行列を用いて次式（１０）に従って干渉行列を作成することができる。そして、この場合、得られた干渉行列を特定のパラメータについて共通のものとすることができる。
In
（数２３）
Ｍ＝（Ｅｕ＋ＧＫp）-1・Ｇ …（１０）
(Equation 23)
M = (Eu + GK p ) −1 · G (10)
ここで、Ｅｕは単位行列である。また、伝達ゲインとは定常状態において、操作量の微少な変化に対して制御量が変化した割合のことである。上式において、Ｋｐは各ゾーンの積分切り替えＰＩＤ調節部のＰ（比例）定数をｋｐｉとすると、それらのＰ定数を対角要素とする対角行列である。 Here, Eu is a unit matrix. In addition, the transfer gain is a rate at which the control amount changes with respect to a slight change in the operation amount in a steady state. In the above equation, Kp is a diagonal matrix having the P constants of the integral switching PID adjustment unit in each zone as kpi, with the P constants as diagonal elements.
（１０）式を用いて干渉行列Ｍを求めれば、図３に示した干渉行列作成手順を省くことができ、干渉行列作成に費やす時間を大幅に短縮することができる。 If the interference matrix M is obtained using the equation (10), the interference matrix creation procedure shown in FIG. 3 can be omitted, and the time spent for creating the interference matrix can be greatly shortened.
実施の形態５．
図２４は実施の形態５を示すブロック図である。
実施の形態５は実施の形態４のＩ調節部２０１をＰＩＤ調節部２０１Ａで構成したものである。
実施の形態４では、切替器２０３によりＩ調節部２０１の出力からパターン発生部８Ｅの出力に切り替えた後に、該パターン発生部８Ｅの出力にＰＤ調節部２０２の出力を加算するよう、切替器２０３と加算器２０４から成る切替手段が構成されているが、実施の形態５では、パターン発生部８Ｅの出力とＰＤ調節部２０２の出力を加算したものを、ＰＩＤ調節部２０１Ａの出力に切り替えるように、切替器６と加算器２０５から成る切替手段が構成されている。
FIG. 24 is a block diagram showing the fifth embodiment.
In the fifth embodiment, the
In the fourth embodiment, the
実施の形態６．
図２５は実施の形態６を示すブロック図である。
実施の形態６は、熱処理炉３の温度目標値と熱処理炉３からの第１の温度検出値とが加算器１を介して入力され調節部出力を出力するＩ要素を含むＰＩＤ調節部２０１Ａ、及びＩ要素を含まないＰＤ調節部２０２を備え、更に、ＰＤ調節部２０２の出力とパターン発生部８Ｅの出力とを加算する加算器２０５と、この加算器２０５の出力を熱処理炉３からの第２の温度検出値と加算する加算器４Ｅと、この加算器４Ｅの出力が入力されるＰＩＤ調節部１２Ｅとを備え、更にＰＩＤ調節部１２Ｅの出力とＰＩＤ調節部２０１Ａの出力を切替える切替器６とを備えて構成されている。
そして、このような構成によっても、実施の形態４や実施の形態５と同様な効果を有する。
FIG. 25 is a block diagram showing the sixth embodiment.
In the sixth embodiment, a temperature target value of the
Even with such a configuration, the same effects as those of the fourth and fifth embodiments are obtained.
実施の形態７．
図２６は実施の形態７を示すブロック図である。
実施の形態７は、熱処理炉３の温度目標値と熱処理炉３からの第１の温度検出値とが加算器１を介して入力されるＰＩＤ調節部２０１Ａ、及びＩ要素を含まないＰＤ調節部２０２を備え、３段階の切替段（ｓｗ１〜ｓｗ３）を有する切替器６Ｅにより、ＰＩＤ調節部２０１Ａの第１出力（ｓｗ１への切替による）と、ＰＤ調節部２０２の出力とパターン発生部８Ｅの出力とが加算された第２出力（ｓｗ２への切替による）と、パターン発生部８Ｅの第３出力（ｓｗ３への切替による）とを切り替えるよう構成したものである。
FIG. 26 is a block diagram showing the seventh embodiment.
In the seventh embodiment, a target temperature value of the
実施の形態７は、目標値（パターン）の時間的変化が相対的に小さい場合は前記切替器による第１出力を用いて温度制御を実行し、目標値（パターン）の時間的変化が相対的に大きい場合は前記第２出力を用いて温度制御を実行し、目標値（パターン）の時間的変化が相対的に大きい場合から小さい場合（或いは時間的変化率が変化する場合）に移行する場合は前記第３出力を用いて温度制御を実行するようにしたものである。 In the seventh embodiment, when the temporal change of the target value (pattern) is relatively small, the temperature control is executed using the first output by the switch, and the temporal change of the target value (pattern) is relative. When the temperature control is executed using the second output when the value is large, the transition from the case where the temporal change of the target value (pattern) is relatively large to the case where the target value (pattern) is small (or when the temporal change rate changes) The temperature control is executed using the third output.
図２７は実施の形態７の動作の一例を示す図である。
この場合ランプアップ時の制御を対象としており、図２７（Ｃ）に示すタイムチャートにおいて、目標値の時間的変化が相対的に大きくほぼ一定であるランプアップ時（パターンがＹＩiからＹＦiに達するまでの間）は第２出力を用いるようにし、前記目標値の時間的変化が相対的に大きい場合から小さい場合に移行する場合（ランプアップ終了時であるＹＦi到達以降、図２７（Ａ）のｔ2以降）は第３出力を用い、それ以外の目標値の時間的変化が相対的に小さい場合は第１の出力を用いて温度制御を実行するようにする。
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of the operation of the seventh embodiment.
In this case, control at the time of ramp-up is targeted, and in the time chart shown in FIG. 27C, the time change of the target value is relatively large and almost constant (the pattern changes from YI i to YF i) . until it reaches) is to use a second output, wherein if the temporal change of the target value is transferred to the smaller of the case relatively large (ramp-up at the end a is YF i after arrival, FIG 27 (a ) After t 2 ), the third output is used, and when the target value other than that is relatively small, temperature control is executed using the first output.
このような構成によれば、ランプアップ時はパターン発生部８Ｅからのパターン出力に加わって、微分動作が働き、応答性を高めると共に、ランプアップ終了時には、微分動作を用いずパターン出力のみにすることにより、図２７（Ａ）に示されるように、従来に比べて、オーバーシュートの発生を防止できる。
なお、ランプアップ時に図２７（Ｃ）に示されるように、ＹＩiからＹＦiまで直線的に温度が上昇し、ＹＦiから直線的に所定時間ｔ3まで直線的に下降するようなパターンを使用しているが、ＹＦiより水平となる、図１２で示したパターンを用いることもできることは言うまでもない。
以上のように、図２７（Ｃ）に示されるように、パターンの時間的変化が比較的大きくても、一定でなく、変化するような場合も、変化後、所定時間の間はパターン発生部の出力のみを用いるようにすれば、応答性を効率的に高めることができる。
According to such a configuration, at the time of ramp-up, in addition to the pattern output from the
Incidentally, as shown in FIG. 27 (C) during ramp-up, the linear temperature rose from YI i to YF i, a pattern in which linearly decreases from YF i linearly to the predetermined time t 3 While using, the horizontal than YF i, it can of course be also used a pattern shown in FIG. 12.
As described above, as shown in FIG. 27 (C), even if the temporal change of the pattern is relatively large, it is not constant, and even if it changes, the pattern generation unit for a predetermined time after the change. If only this output is used, the responsiveness can be improved efficiently.
１，４，４Ａ，４Ｅ，２０５ 加算器、２，２´，１２，１２Ａ，１２Ａ´，１２Ｅ，２０１Ａ ＰＩＤ調節部、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 熱処理炉、６，６Ｅ 切替器、７，７Ｅ 切替制御部、８，８Ａ，８Ａ´，８Ａ´´，８Ｂ，８Ｂ´，８Ｅ パターン発生部、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｂ´，９Ｂ´´，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ パラメータ補正値出力部、１７ 平均化処理部、２０１ Ｉ調節部、２０２ ＰＤ調節部 1,4,4A, 4E, 205 Adder, 2,2 ', 12,12A, 12A', 12E, 201A PID adjuster, 3,3A, 3B, 3C, 3D, 3E Heat treatment furnace, 6,6E switch , 7, 7E switching control unit, 8, 8A, 8A ′, 8A ″, 8B, 8B ′, 8E pattern generation unit, 9, 9A, 9B, 9B ′, 9B ″, 9C, 9D, 9E Parameter correction value Output unit, 17 averaging processing unit, 201 I adjustment unit, 202 PD adjustment unit
Claims (4)
前記半導体製造装置は、
前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが加算器を介して入力される第１の調節部と、
パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、
前記パターン発生部の出力と、前記第１の調節部の出力とを切替えて前記熱処理炉への操作量として出力する切替器と、
前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部を有する温度制御装置を備えた半導体製造装置。 Maintaining and stabilizing at a temperature T 0 lower than the temperature at which the process is performed, placing a boat holding the wafer into a heat treatment furnace, raising the temperature to a temperature at which the wafer is processed, and the process A semiconductor manufacturing apparatus having a step of lowering a temperature in the heat treatment furnace from a temperature at which a treatment is performed, and a step of pulling out the boat from the heat treatment furnace;
The semiconductor manufacturing apparatus includes:
A first adjusting unit to which a temperature target value to the heat treatment furnace and a first temperature detection value from the heat treatment furnace are input via an adder;
A pattern generating unit having an approximate function for calculating a pattern output, the pattern output being changeable according to a parameter value of the approximate function;
A switch that switches the output of the pattern generation unit and the output of the first adjustment unit to output as an operation amount to the heat treatment furnace;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising a temperature control device having a parameter correction value output unit that outputs a correction value for correcting a parameter of an approximate function of the pattern generation unit based on the first temperature detection value.
前記半導体製造装置は、
前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが第１の加算器を介して入力される第１の調節部と、
パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、
前記パターン発生部の出力と、前記第１の調節部の出力とを切替えて前記熱処理炉への操作量として出力する切替器と、
前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部と、
前記切替器の出力側に設けられ、前記切替器からの出力と前記熱処理炉からの第２の温度検出値とが第２の加算器を介して入力されて前記熱処理炉への操作量として出力する第２の調節部とを有する温度制御装置を備えた半導体製造装置。 Maintaining and stabilizing at a temperature T 0 lower than the temperature at which the process is performed, placing a boat holding the wafer into a heat treatment furnace, raising the temperature to a temperature at which the wafer is processed, and the process A semiconductor manufacturing apparatus having a step of lowering a temperature in the heat treatment furnace from a temperature at which a treatment is performed, and a step of pulling out the boat from the heat treatment furnace;
The semiconductor manufacturing apparatus includes:
A first adjustment unit to which a temperature target value to the heat treatment furnace and a first temperature detection value from the heat treatment furnace are input via a first adder;
A pattern generating unit having an approximate function for calculating a pattern output, the pattern output being changeable according to a parameter value of the approximate function;
A switch that switches the output of the pattern generation unit and the output of the first adjustment unit to output as an operation amount to the heat treatment furnace;
A parameter correction value output unit that outputs a correction value for correcting the parameter of the approximate function of the pattern generation unit based on the first temperature detection value;
Provided on the output side of the switch, the output from the switch and the second temperature detection value from the heat treatment furnace are input via a second adder and output as an operation amount to the heat treatment furnace A semiconductor manufacturing apparatus comprising a temperature control device having a second adjusting unit.
前記半導体製造装置は、
前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが第１の加算器を介して入力される、Ｉ要素を含む第３の調節部及びＩ要素を含まない第４の調節部と、
パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、
少なくとも前記第３の調節部の出力と、前記第４の調節部の出力と前記パターン発生部の出力とが加算された出力とを切り替える切替手段と、
前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部と、
前記切替手段の出力と前記熱処理炉からの第２の温度検出値とが第２の加算器を介して入力され、前記熱処理炉への操作量として出力する第２の調節部とを有する温度制御装置を備えた半導体製造装置。 Maintaining and stabilizing at a temperature T 0 lower than the temperature at which the process is performed, placing a boat holding the wafer into a heat treatment furnace, raising the temperature to a temperature at which the wafer is processed, and the process A semiconductor manufacturing apparatus having a step of lowering a temperature in the heat treatment furnace from a temperature at which a treatment is performed, and a step of pulling out the boat from the heat treatment furnace;
The semiconductor manufacturing apparatus includes:
A temperature target value for the heat treatment furnace and a first temperature detection value from the heat treatment furnace are input via a first adder, and a third adjustment unit including an I element and a first without an I element. 4 adjustment parts;
A pattern generating unit having an approximate function for calculating a pattern output, the pattern output being changeable according to a parameter value of the approximate function;
Switching means for switching at least an output of the third adjustment unit, an output obtained by adding the output of the fourth adjustment unit and the output of the pattern generation unit;
A parameter correction value output unit that outputs a correction value for correcting the parameter of the approximate function of the pattern generation unit based on the first temperature detection value;
A temperature control having a second adjusting unit that outputs the output of the switching means and the second temperature detection value from the heat treatment furnace via a second adder and outputs the operation amount to the heat treatment furnace. Semiconductor manufacturing equipment equipped with equipment.
前記半導体製造装置は、
前記熱処理炉への温度目標値と前記熱処理炉からの第１の温度検出値とが第１の加算器を介して入力される、Ｉ要素を含む第３の調節部及びＩ要素を含まない第４の調節部と、
パターン出力を算出する近似関数を有し、該近似関数のパラメータ値に応じて前記パターン出力を変化可能としたパターン発生部と、
前記第３の調節部の出力と、前記第４の調節部の出力と前記パターン発生部の出力とが加算された出力と、前記パターン発生部の出力とを切り替える切替器と、
前記第１の温度検出値に基づいて、前記パターン発生部の有する近似関数のパラメータを補正するための補正値を出力するパラメータ補正値出力部と、
前記切替器の出力と前記熱処理炉からの第２の温度検出値とが第２の加算器を介して入力され、前記熱処理炉への操作量として出力する第２の調節部とを有する温度制御装置を備えた半導体製造装置。 Maintaining and stabilizing at a temperature T 0 lower than the temperature at which the process is performed, placing a boat holding the wafer into a heat treatment furnace, raising the temperature to a temperature at which the wafer is processed, and the process A semiconductor manufacturing apparatus having a step of lowering a temperature in the heat treatment furnace from a temperature at which a treatment is performed, and a step of pulling out the boat from the heat treatment furnace;
The semiconductor manufacturing apparatus includes:
A temperature target value for the heat treatment furnace and a first temperature detection value from the heat treatment furnace are input via a first adder, and a third adjustment unit including an I element and a first without an I element. 4 adjustment parts;
A pattern generating unit having an approximate function for calculating a pattern output, the pattern output being changeable according to a parameter value of the approximate function;
A switch that switches between the output of the third adjustment unit, the output of the output of the fourth adjustment unit and the output of the pattern generation unit, and the output of the pattern generation unit;
A parameter correction value output unit that outputs a correction value for correcting the parameter of the approximate function of the pattern generation unit based on the first temperature detection value;
A temperature control having a second adjusting unit that outputs the output of the switch and the second detected temperature value from the heat treatment furnace via a second adder and outputs the second control value as an operation amount to the heat treatment furnace. Semiconductor manufacturing equipment equipped with equipment.
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