(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部が制御対象を操作しない第１の制御期間では前記操作部の温度を第１の制御量とし、前記操作部が前記制御対象を操作する第２の制御期間では前記制御対象の温度を第２の制御量として制御量を切り換える制御装置であって、
前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、前記第１の制御量は、前記第２の制御量よりも高温に維持されており、
前記操作部と、
前記第１の制御量に対する第１の設定値を取得する第１の設定値入力部と、
前記第１の制御量を取得する第１の制御量入力部と、
前記第２の制御量に対する第２の設定値を取得する第２の設定値入力部と、
前記第２の制御量を取得する第２の制御量入力部と、
前記操作部が前記制御対象に対して接触することにより昇温する操作を開始する際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換える切換部と、
前記第２の制御期間においては前記第２の設定値を１次遅れ演算によりフィルタリング処理したフィルタリング設定値を生成し、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、この切り換え時点の前記第２の制御量を前記フィルタリング設定値の初期値とする設定値フィルタ部と、
前記第１の制御期間においては前記第１の制御量と前記第１の設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作部に出力する操作量を算出し、前記第２の制御期間においては前記第２の制御量と前記フィルタリング設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作量を算出する制御演算部と、
前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときに、前記制御演算部によるＰＩＤ制御演算の状態が、前記切り換え時点の操作量と前記切り換え時点の第２の制御量と前記切り換え時点のフィルタリング設定値で整定している状態と等価になるように、前記ＰＩＤ制御演算における過去の制御偏差及び過去の制御偏差の変化量をゼロにリセットするリセット実行部とを備え、
前記１次遅れ演算のフィルタ時定数は、高温に維持された前記操作部からの熱の伝達により前記第２の制御量が上昇する際に前記フィルタリング設定値が前記第２の設定値に収束する速度と前記第２の制御量が上昇する速度とが概ね等しくなるように設計されることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置において、
さらに、前記第２の制御量として前記制御対象の温度の推定値を推定する推定部を備え、
前記操作部は、ヒータであり、
前記制御対象は、電子部品実装基板であり、
前記第１の制御量は、前記ヒータの温度であり、
前記第２の制御量は、前記電子部品実装基板の温度推定値であり、
前記切換部は、前記ヒータが前記電子部品実装基板に接触する際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換えることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御装置において、
さらに、前記第２の制御量として前記制御対象の温度の推定値を推定する推定部を備え、
前記操作部は、ホットプレートであり、
前記制御対象は、半導体ウエハであり、
前記第１の制御量は、前記ホットプレートの温度であり、
前記第２の制御量は、前記半導体ウエハの温度推定値であり、
前記切換部は、前記半導体ウエハが前記ホットプレート上に載置される際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
操作部が制御対象を操作しない第１の制御期間では前記操作部の温度を第１の制御量とし、前記操作部が前記制御対象を操作する第２の制御期間では前記制御対象の温度を第２の制御量として制御量を切り換える制御方法であって、
前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、前記第１の制御量は、前記第２の制御量よりも高温に維持されており、
前記第１の制御量に対する第１の設定値を取得する第１の設定値入力手順と、
前記第１の制御量を取得する第１の制御量入力手順と、
前記第２の制御量に対する第２の設定値を取得する第２の設定値入力手順と、
前記第２の制御量を取得する第２の制御量入力手順と、
前記操作部が前記制御対象に対して接触することにより昇温する操作を開始する際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換える切換手順と、
前記第２の制御期間においては前記第２の設定値を１次遅れ演算によりフィルタリング処理したフィルタリング設定値を生成し、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、この切り換え時点の前記第２の制御量を前記フィルタリング設定値の初期値とする設定値フィルタ手順と、
前記第１の制御期間においては前記第１の制御量と前記第１の設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作部に出力する操作量を算出し、前記第２の制御期間においては前記第２の制御量と前記フィルタリング設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作量を算出する制御演算手順と、
前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときに、前記制御演算手順によるＰＩＤ制御演算の状態が、前記切り換え時点の操作量と前記切り換え時点の第２の制御量と前記切り換え時点のフィルタリング設定値で整定している状態と等価になるように、前記ＰＩＤ制御演算における過去の制御偏差及び過去の制御偏差の変化量をゼロにリセットするリセット実行手順とを備え、
前記１次遅れ演算のフィルタ時定数は、高温に維持された前記操作部からの熱の伝達により前記第２の制御量が上昇する際に前記フィルタリング設定値が前記第２の設定値に収束する速度と前記第２の制御量が上昇する速度とが概ね等しくなるように設計されることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御技術に係り、特に少なくとも２個以上の制御量を適宜切り換えながら制御する制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体製造プロセスにおけるボンディング工程では、再現性のよい温度制御（対象製品毎にばらつきのない温度制御）が要求されている。その具体例としては、フリップチップ工法がある。この工法では、チップにバンプを形成し、バンプを形成した面が下になるようにチップをツールに保持させて電子部品実装基板に近付ける。電子部品実装基板上にはパッドが形成されており、バンプをパッドに接触（当接）させた後、ツールに内蔵されたヒータの発熱によりチップのバンプを溶融させて、基板のパッドと接合させる。
【０００３】
通常のボンディング工程では、チップを保持するヒータ内蔵ツール（説明簡略化のため以降はヒータと記述する）の温度を可能な限り一定の高温に保つように制御している。この制御手法では、実際に制御されているのは電子部品実装基板上のパッド（説明簡略化のため以降は電子部品実装基板と記述する）の温度ではなく、ヒータの温度である。ヒータの温度を制御するのは、電子部品実装基板の温度（実体温度）をリアルタイムで計測するのが難しいことが理由の１つである。また、ヒータを高温に維持することで実体温度が短時間で高温になることを狙ったからでもある。したがって、ボンディングのための接触がなされていないときでもヒータを所望の温度に維持する必要があることから、ヒータの温度が継続的に制御されることになる。
【０００４】
一方、実体温度を計測できない場合に、実体温度を推定して制御する手法も提案されている。例えば特許文献１に開示された半導体製造装置では、ウエハ温度を推定し、ウエハを載せるホットプレートに設けられたヒータへの供給電力をウエハ温度の推定値に基づいて制御している。この特許文献１の手法に代表される実体温度推定値制御を応用すれば、前記ボンディング工程においても対象製品毎にばらつきのない温度制御が高い水準で達成されるものと予測できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３５９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された半導体製造装置は、ホットプレート上に載置したウエハを加熱する形式を採用し、基本的には首尾一貫してウエハ温度推定値に基づいて温度制御を行っている。よって、ウエハが載置されていない状態では、ホットプレートのヒータ出力はオフの状態になっている。
【０００７】
一方、前記ボンディング工程では、ヒータを常時高温に維持しつつ電子部品実装基板に接触させて、電子部品実装基板を昇温する。このようなボンディング工程に特許文献１に開示された技術を適用する場合、図４（Ａ）のようにヒータ１００が電子部品実装基板１０１に接触していない間は、ヒータ１００が高温になるようにヒータ１００への供給電力を制御し、図４（Ｃ）のようにヒータ１００が電子部品実装基板１０１に接触した後は、電子部品実装基板１０１の温度（実体温度）を推定して、この実体温度が所望の値になるようにヒータ１００への供給電力を制御することになる。図４（Ｂ）は、ヒータ１００が電子部品実装基板１０１に接触する前の制御対象の温度、すなわちヒータ温度を示しており、図４（Ｄ）は、ヒータ１００が電子部品実装基板１０１に接触したときに、制御対象の温度がヒータ温度から実体温度に切り換わることを示している。
【０００８】
しかしながら、ボンディング工程に特許文献１の技術を適用した温度制御では、高温に維持されているヒータ温度と昇温前の実体温度に大きな温度差があるため、制御対象温度を単純に切り換えると、制御対象温度が見かけ上急激に低下することになり、制御動作が不連続になって、制御特性が悪化するという問題点があった。例えばコントローラの制御演算にＰＩＤを用いている場合、コントローラは、図５（Ａ）のような制御対象温度の急激な下降に対して、図５（Ｂ）のように操作量ＭＶを急上昇させる。この操作量ＭＶの急上昇により、電子部品実装基板を良好な特性で昇温することが難しくなる。
【０００９】
また、ボンディング工程に特許文献１の技術を適用した温度制御で良好な昇温特性が得られない他の理由として、通常の整定状態から昇温する制御とは異なり、非整定状態からの昇温動作になるという点がある。ボンディング工程に特許文献１の技術を適用した温度制御の場合、ヒータが電子部品実装基板に接触する以前にコントローラから出力されている操作量ＭＶ（図６（Ｂ）の例では２０％）はヒータ温度を２００℃に整定させるための操作量であって、電子部品実装基板の温度を整定させるための操作量ではない。ここで、ヒータが電子部品実装基板に接触して、制御対象温度がヒータ温度から電子部品実装基板の温度（実体温度）に切り換わると、図６（Ｂ）のように操作量ＭＶが急激に増大するが、この操作量ＭＶの変化が急激かつ大き過ぎるために、ヒータへの供給電力が過度に増大して、実体温度は図６（Ａ）の破線で表される理想的な実体温度と異なる軌跡を示す。すなわち、図６（Ａ）の実線で表される昇温動作は、コントローラから不適切な値の操作量ＭＶが出力されることにより温度が乱れるのと実質的に同じ現象である。
【００１０】
以上のように、ボンディング工程に特許文献１の技術を適用した温度制御は、計測することが難しい実体温度を推定することができ、製品毎の温度制御のばらつきを抑えることができるという利点を有するが、制御対象温度を切り換えた際に良好な制御特性が得られないという問題点があった。以上の問題点は、ボンディング工程に限らず、他のプロセス制御に特許文献１の技術を適用して、ヒータ等の操作部が制御対象に対する操作を開始していない時点では操作部の出力量を制御量とし、操作部が制御対象に対する操作を開始する時点で制御量を操作部の出力量から制御対象の物理量の推定値に切り換える場合には、同様に発生する。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、操作部が制御対象を操作しない第１の制御期間では操作部の出力量を制御量とし、操作部が制御対象を操作する第２の制御期間では制御対象の物理量の推定値を制御量とする場合において、第１の制御期間から第２の制御期間に切り換えたときに、制御量が良好な特性で設定値に追従するように制御が可能な制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、操作部が制御対象を操作しない第１の制御期間では前記操作部の温度を第１の制御量とし、前記操作部が前記制御対象を操作する第２の制御期間では前記制御対象の温度を第２の制御量として制御量を切り換える制御装置であって、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、前記第１の制御量は、前記第２の制御量よりも高温に維持されており、前記操作部と、前記第１の制御量に対する第１の設定値を取得する第１の設定値入力部と、前記第１の制御量を取得する第１の制御量入力部と、前記第２の制御量に対する第２の設定値を取得する第２の設定値入力部と、前記第２の制御量を取得する第２の制御量入力部と、前記操作部が前記制御対象に対して接触することにより昇温する操作を開始する際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換える切換部と、前記第２の制御期間においては前記第２の設定値を１次遅れ演算によりフィルタリング処理したフィルタリング設定値を生成し、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、この切り換え時点の前記第２の制御量を前記フィルタリング設定値の初期値とする設定値フィルタ部と、前記第１の制御期間においては前記第１の制御量と前記第１の設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作部に出力する操作量を算出し、前記第２の制御期間においては前記第２の制御量と前記フィルタリング設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作量を算出する制御演算部と、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときに、前記制御演算部によるＰＩＤ制御演算の状態が、前記切り換え時点の操作量と前記切り換え時点の第２の制御量と前記切り換え時点のフィルタリング設定値で整定している状態と等価になるように、前記ＰＩＤ制御演算における過去の制御偏差及び過去の制御偏差の変化量をゼロにリセットするリセット実行部とを備え、前記１次遅れ演算のフィルタ時定数は、高温に維持された前記操作部からの熱の伝達により前記第２の制御量が上昇する際に前記フィルタリング設定値が前記第２の設定値に収束する速度と前記第２の制御量が上昇する速度とが概ね等しくなるように設計されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記第２の制御量として前記制御対象の温度の推定値を推定する推定部を備え、前記操作部は、ヒータであり、前記制御対象は、電子部品実装基板であり、前記第１の制御量は、前記ヒータの温度であり、前記第２の制御量は、前記電子部品実装基板の温度推定値であり、前記切換部は、前記ヒータが前記電子部品実装基板に接触する際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換えるものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記第２の制御量として前記制御対象の温度の推定値を推定する推定部を備え、前記操作部は、ホットプレートであり、前記制御対象は、半導体ウエハであり、前記第１の制御量は、前記ホットプレートの温度であり、前記第２の制御量は、前記半導体ウエハの温度推定値であり、前記切換部は、前記半導体ウエハが前記ホットプレート上に載置される際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換えるものである。
【００１４】
また、本発明は、操作部が制御対象を操作しない第１の制御期間では前記操作部の温度を第１の制御量とし、前記操作部が前記制御対象を操作する第２の制御期間では前記制御対象の温度を第２の制御量として制御量を切り換える制御方法であって、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、前記第１の制御量は、前記第２の制御量よりも高温に維持されており、前記第１の制御量に対する第１の設定値を取得する第１の設定値入力手順と、前記第１の制御量を取得する第１の制御量入力手順と、前記第２の制御量に対する第２の設定値を取得する第２の設定値入力手順と、前記第２の制御量を取得する第２の制御量入力手順と、前記操作部が前記制御対象に対して接触することにより昇温する操作を開始する際に、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換える切換手順と、前記第２の制御期間においては前記第２の設定値を１次遅れ演算によりフィルタリング処理したフィルタリング設定値を生成し、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときには、この切り換え時点の前記第２の制御量を前記フィルタリング設定値の初期値とする設定値フィルタ手順と、前記第１の制御期間においては前記第１の制御量と前記第１の設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作部に出力する操作量を算出し、前記第２の制御期間においては前記第２の制御量と前記フィルタリング設定値に基づいてＰＩＤ制御演算により前記操作量を算出する制御演算手順と、前記第１の制御期間から前記第２の制御期間に切り換わるときに、前記制御演算手順によるＰＩＤ制御演算の状態が、前記切り換え時点の操作量と前記切り換え時点の第２の制御量と前記切り換え時点のフィルタリング設定値で整定している状態と等価になるように、前記ＰＩＤ制御演算における過去の制御偏差及び過去の制御偏差の変化量をゼロにリセットするリセット実行手順とを備え、前記１次遅れ演算のフィルタ時定数は、高温に維持された前記操作部からの熱の伝達により前記第２の制御量が上昇する際に前記フィルタリング設定値が前記第２の設定値に収束する速度と前記第２の制御量が上昇する速度とが概ね等しくなるように設計されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、計測することが難しい制御対象の温度を推定することができ、製品毎の温度制御のばらつきを抑えることができる。そして、本発明では、制御量を第１の制御量から第２の制御量に切り換えた瞬間に、制御演算部による制御演算の状態が、切り換え時点の操作量と切り換え時点の第２の制御量と切り換え時点の設定値で整定している状態と等価になるように、制御演算における過去の制御量に関わる変量をリセットし、さらに第２の制御期間で制御演算に用いるフィルタリング設定値を本来目指すべき第２の設定値に徐々に近付けていくようにするので、制御量を切り換えたときに、第２の制御量が良好な特性で第２の設定値に追従するように制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［発明の原理］
本発明は、制御対象の制御量ＰＶが切り換わった時点における非整定な状態において、通常の制御演算により結果的に過度な制御動作が加わることが、前述の問題点の発生要因であることに着眼する。そこで、本発明では、制御対象の制御量ＰＶが切り換わった時点では、過度な制御動作が加わらないようにするために、コントローラ内部の制御演算が、制御対象の制御量ＰＶが切り換わった時点における操作量ＭＶを維持するようなコントローラ内部状態を生成し、その状態から段階的に本来の制御目標を達成する状態へと近付けていくようにする。
【００１７】
コントローラ内部の制御演算が、制御対象の制御量ＰＶが切り換わった時点における操作量ＭＶを維持するようなコントローラ内部状態を生成するためには、コントローラ内部の制御演算の状態が、切り換え時点の操作量ＭＶと切り換え時点の制御量ＰＶ＿cur と切り換え時点の設定値ＳＰ＝ＰＶ＿cur で整定している状態と等価になるように、制御演算における過去の制御量ＰＶに関わる変量をリセットする。
【００１８】
例えば制御演算にＰＩＤを用いる場合は、制御量ＰＶの切り換え時に、過去の制御偏差及び過去の制御偏差の変化量をゼロにリセットして、設定値ＳＰをＳＰ＝ＰＶ＿cur にする。同時に、制御対象の制御量ＰＶが切り換わった時点の操作量ＭＶ＿cur を直前の値にする。これにより、制御対象の制御量ＰＶが切り換わる以前に設定値ＳＰ＝ＰＶ＿cur 、制御量ＰＶ＝ＰＶ＿cur （すなわちＳＰ＝ＰＶ＝ＰＶ＿cur ）、操作量ＭＶ＝ＭＶ＿cur で整定していた状況と実質的に等価になる。
【００１９】
次に、この切り換え時点の状態から段階的に本来の制御目標を達成する状態へと近付けていくためには、設定値ＳＰをＳＰ＝ＰＶ＿cur から本来目指すべき値に徐々に近付けていくようにする。このような処理を実現する方法としては、例えば本来目指すべき値に対して１次遅れのフィルタリング処理を適用して、設定値ＳＰが本来目指すべき値に徐々に近づいていくようにする方法が考えられる。
【００２０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図、図２は図１の制御装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態の制御装置は、第１の制御量ＰＶ１に対する第１の設定値ＳＰ１を取得する第１の設定値ＳＰ１入力部１と、第２の制御量ＰＶ２に対する第２の設定値ＳＰ２を取得する第２の設定値ＳＰ２入力部２と、第１の制御量ＰＶ１を取得する第１の制御量ＰＶ１入力部３と、第２の制御量ＰＶ２を取得する第２の制御量ＰＶ２入力部４と、操作量ＭＶを出力する操作量ＭＶ出力部５と、制御対象に対して操作量ＭＶに応じた操作を行う操作部６と、ＰＩＤ制御演算を実行するＰＩＤコントローラ７と、操作部６が制御対象を操作しない第１の制御期間のための第１のＰＩＤパラメータを予め記憶する第１のＰＩＤパラメータ記憶部８と、操作部６が制御対象を操作する第２の制御期間のための第２のＰＩＤパラメータを予め記憶する第２のＰＩＤパラメータ記憶部９と、第１の制御期間から第２の制御期間に切り換わるときに制御量切換信号を受ける制御量切換信号入力部１０と、切換時制御量ＰＶ＿cur を記憶する切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部１１と、切換時操作量ＭＶ＿cur を記憶する切換時操作量ＭＶ＿cur 記憶部１２と、第２の制御期間においては第２の設定値ＳＰ２をフィルタリング処理したフィルタリング設定値ＳＰ’を生成し、第１の制御期間から第２の制御期間に切り換わるときには、切換時制御量ＰＶ＿cur をフィルタリング設定値ＳＰ’の初期値とする設定値ＳＰフィルタ部１３と、第１の制御期間から第２の制御期間に切り換わるときに、過去の制御偏差及び過去の制御偏差の変化量をゼロにリセットするリセット実行部１４と、第２の制御量ＰＶ２を推定する推定部１５とを備える。ＰＩＤコントローラ７が制御演算部を構成し、制御対象に対する操作を操作部６に開始させる手段（不図示）と制御量切換信号入力部１０が、第１の制御期間から第２の制御期間に切り換える切換部を構成している。
【００２１】
以下、図１の制御装置において、第１の制御量ＰＶ１を制御対象として制御を実行する第１の制御期間から、第２の制御量ＰＶ２を制御対象として制御を実行する第２の制御期間に切り換わる場合の動作を図２を用いて説明する。また説明を簡略化するため、制御周期１秒のデジタルコントローラをコンピュータにより実現した場合で説明する。
【００２２】
まず、第１の制御期間において、第１の設定値ＳＰ１入力部１は、制御装置のオペレータによって設定された第１の設定値ＳＰ１を取得してＰＩＤコントローラ７に出力する（図１ステップＳ１）。
第１の制御量ＰＶ１入力部３は、図示しない第１の検出手段によって検出された第１の制御量ＰＶ１を取得してＰＩＤコントローラ７に出力する（ステップＳ２）。この第１の制御量ＰＶ１は、操作部６の出力量である。したがって、操作部６が例えばヒータである場合、第１の制御量ＰＶ１はヒータの温度であり、第１の検出手段は温度センサであり、第１の設定値ＳＰ１はヒータの温度設定値である。
【００２３】
次に、ＰＩＤコントローラ７は、第１の設定値ＳＰ１入力部１から出力された第１の設定値ＳＰ１、第１の制御量ＰＶ１入力部３から出力された第１の制御量ＰＶ１、及び第１のＰＩＤパラメータ記憶部８に予め記憶されている第１のＰＩＤパラメータ（比例帯Ｐｂ１、積分時間Ｔｉ１、微分時間Ｔｄ１）に基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行い、操作量ＭＶを算出して操作量ＭＶ出力部５に出力する（ステップＳ３）。
ＭＶ＝ＭＶ’＋ＭＤ                                              ・・・（１）
ＭＤ＝（１００／Ｐｂ１）｛ＥＰ＋（ＥＲ／Ｔｉ１）＋Ｔｄ１ＥＤ｝  ・・・（２）
【００２４】
式（１）、式（２）において、ＭＶ’は１制御周期前の操作量、ＭＤは操作量更新量、ＥＲは現制御周期の制御偏差、ＥＰは制御偏差ＥＲの１制御周期あたりの変化量、ＥＤは制御偏差変化量ＥＰの１制御周期あたりの変化量である。制御偏差ＥＲ、制御偏差変化量ＥＰ、制御偏差変化量ＥＰの変化量ＥＤは、それぞれ次式のように求められる。
ＥＲ＝ＳＰ１−ＰＶ１                                            ・・・（３）
ＥＰ＝ＥＲ−ＥＲ’                                              ・・・（４）
ＥＤ＝ＥＰ−ＥＰ’                                              ・・・（５）
ＥＲ’は１制御周期前の制御偏差、ＥＰ’は１制御周期前の制御偏差変化量である。そして、ＰＩＤコントローラ７は、次の制御周期の演算のために、ＥＲ’、ＥＰ’、ＭＶ’を以下のように更新する。
ＥＲ’＝ＥＲ                                                    ・・・（６）
ＥＰ’＝ＥＰ                                                    ・・・（７）
ＭＶ’＝ＭＶ                                                    ・・・（８）
【００２５】
なお、ＰＩＤコントローラ７は、算出した操作量ＭＶが所定の操作量下限値ＯＬより小さい場合、操作量ＭＶ＝ＯＬとし、算出した操作量ＭＶが所定の操作量上限値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ＝ＯＨとする操作量上下限処理を行った上で、操作量ＭＶを出力する。
操作量ＭＶ出力部５は、ＰＩＤコントローラ７から出力された操作量ＭＶを操作部６に出力する（ステップＳ４）。操作部６は、操作量ＭＶに基づいて動作する。
【００２６】
次に、制御量切換信号入力部１０は、制御量ＰＶを操作部６の出力量から制御対象の物理量に切り換える（すなわち、第１の制御期間から第２の制御期間に切り換える）ことを指示する制御量切換信号が入力されたかどうか判定する（ステップＳ５）。制御量切換信号が入力されない場合はステップＳ１に戻る。こうして、制御量切換信号が入力されるまで、操作部６の出力量を第１の制御量ＰＶ１とするステップＳ１〜Ｓ４の制御が制御周期毎に繰り返される。
【００２７】
また、制御量切換信号入力部１０は、外部から制御量切換信号が入力された場合は、この制御量切換信号を第１の設定値ＳＰ１入力部１、第２の設定値ＳＰ２入力部２、第１の制御量ＰＶ１入力部３、第２の制御量ＰＶ２入力部４、ＰＩＤコントローラ７、切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部１１、切換時操作量ＭＶ＿cur 記憶部１２、設定値ＳＰフィルタ部１３、及びリセット実行部１４に転送する。
【００２８】
制御量切換信号については、操作部６が制御対象に対する操作を開始する際に制御装置のオペレータが手動で入力してもよいし、制御対象に対する操作を操作部６に開始させる手段（例えば操作部６がヒータで、制御対象が電子部品実装基板である場合は、ヒータを電子部品実装基板に接触させる駆動装置）から自動的に制御量切換信号が送られるようにしてもよい。
【００２９】
制御量切換信号を受け取った第１の設定値ＳＰ１入力部１と第１の制御量ＰＶ１入力部３とは、第１の設定値ＳＰ１と第１の制御量ＰＶ１の出力を停止し、制御装置の処理はステップＳ６以降の第２の制御期間に切り換わる。
制御量切換信号を受け取った第２の設定値ＳＰ２入力部２は、制御装置のオペレータによって設定された第２の設定値ＳＰ２を取得して設定値ＳＰフィルタ部１３に出力する（ステップＳ６）。
【００３０】
推定部１５は、例えば第１の制御量ＰＶ１に基づいて第２の制御量ＰＶ２を推定する。なお、推定部１５は、制御量切換信号を受け取った制御周期においては、所定の値（例えば制御対象が電子部品実装基板の場合は雰囲気温度）を第２の制御量ＰＶ２の初期値とする。
【００３１】
制御量切換信号を受け取った第２の制御量ＰＶ２入力部４は、推定部１５によって推定された第２の制御量ＰＶ２を取得してＰＩＤコントローラ７と切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部１１に出力する（ステップＳ７）。この第２の制御量ＰＶ２は、制御対象の物理量の推定値である。したがって、制御対象が電子部品実装基板である場合、第２の制御量ＰＶ２は電子部品実装基板の温度推定値であり、第２の設定値ＳＰ２は電子部品実装基板の温度推定値に対する設定値である。
【００３２】
制御量切換信号を受け取った切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部１１は、第２の制御量ＰＶ２入力部４から出力された第２の制御量ＰＶ２を切換時制御量ＰＶ＿cur として記憶する（ステップＳ８）。
制御量切換信号を受け取った切換時操作量ＭＶ＿cur 記憶部１２は、１制御周期前に出力された操作量ＭＶを切換時操作量ＭＶ＿cur として記憶する（ステップＳ９）。
【００３３】
制御量切換信号を受け取ったリセット実行部１４は、１制御周期前の制御偏差ＥＲ’をゼロにリセットすると共に（ＥＲ’＝０）、１制御周期前の制御偏差変化量ＥＰ’をゼロにリセットして（ＥＰ’＝０）、リセットした制御偏差ＥＲ’と制御偏差変化量ＥＰ’をＰＩＤコントローラ７に出力する（ステップＳ１０）。
【００３４】
制御量切換信号を受け取った設定値ＳＰフィルタ部１３は、切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部１１に記憶された切換時制御量ＰＶ＿cur を制御量切換後のフィルタリング設定値ＳＰ’の初期値としてＰＩＤコントローラ７に出力する（ステップＳ１１）。
ＳＰ’＝ＰＶ＿cur                                               ・・・（９）
なお、制御量切換信号が入力された現制御周期では、設定値ＳＰフィルタ部１３は第２の設定値ＳＰ２を使用しない。また、設定値ＳＰフィルタ部１３は、次の制御周期の演算のために、１制御周期前のフィルタリング設定値の初期値ＳＰ”を以下のように設定する。
ＳＰ”＝ＰＶ＿cur                                             ・・・（１０）
【００３５】
制御量切換信号を受け取ったＰＩＤコントローラ７は、設定値ＳＰフィルタ部１３から出力されたフィルタリング設定値ＳＰ’、第２の制御量ＰＶ２入力部４から出力された第２の制御量ＰＶ２、切換時操作量ＭＶ＿cur 記憶部１２に記憶された切換時操作量ＭＶ＿cur 、及び第２のＰＩＤパラメータ記憶部９に予め記憶されている第２のＰＩＤパラメータ（比例帯Ｐｂ２、積分時間Ｔｉ２、微分時間Ｔｄ２）に基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行い、操作量ＭＶを算出して操作量ＭＶ出力部５に出力する（ステップＳ１２）。
ＭＶ＝ＭＶ＿cur ＋ＭＤ                                        ・・・（１１）
ＭＤ＝（１００／Ｐｂ２）｛ＥＰ＋（ＥＲ／Ｔｉ２）＋Ｔｄ２ＥＤ｝  ・・（１２）
【００３６】
現制御周期の制御偏差ＥＲは、次式のように求められる。
ＥＲ＝ＳＰ’−ＰＶ２                                          ・・・（１３）
現制御周期の制御偏差変化量ＥＰ、制御偏差変化量ＥＰの変化量ＥＤについては、前記の式（４）、式（５）で求めることができるが、このとき使用される１制御周期前の制御偏差ＥＲ’と１制御周期前の制御偏差変化量ＥＰ’は、リセット実行部１４でリセットされた値である。ＥＲ、ＥＰ、ＥＤ、ＭＶの演算後、ＰＩＤコントローラ７は、次の制御周期の演算のために、ＥＲ’、ＥＰ’、ＭＶ’をそれぞれ前記の式（６）、式（７）、式（８）のように更新する。
【００３７】
ＰＩＤコントローラ７は、前述と同様に、操作量上下限処理を行った上で操作量ＭＶを出力する。
操作量ＭＶ出力部５は、ＰＩＤコントローラ７から出力された操作量ＭＶを操作部６に出力する（ステップＳ１３）。
【００３８】
次に、制御装置の動作は、制御量切換信号が入力された制御周期（以下、第１の制御周期と呼ぶ）から次の制御周期（以下、第２の制御周期と呼ぶ）へと進む。
ステップＳ１４の第２の設定値ＳＰ２入力部２の処理はステップＳ６と同様であり、ステップＳ１５の第２の制御量ＰＶ２入力部４の処理はステップＳ７と同様である。
【００３９】
設定値ＳＰフィルタ部１３は、第２の設定値ＳＰ２入力部２から出力された第２の設定値ＳＰ２に基づいて、フィルタリング設定値ＳＰ’を次式により算出してＰＩＤコントローラ７に出力する（ステップＳ１６）。
ＳＰ’＝（ＳＰ”Ｔｓｐ＋ＳＰ２）／（Ｔｓｐ＋１）              ・・・（１４）
式（１４）において、Ｔｓｐは予め設定されたＳＰフィルタ時定数、ＳＰ”は１制御周期前のフィルタリング設定値である。第２の制御周期におけるＳＰ”は、制御量切換後の第１の制御周期で設定値ＳＰフィルタ部１３が設定したフィルタリング設定値の初期値である。フィルタリング設定値ＳＰ’の算出後、設定値ＳＰフィルタ部１３は、次の制御周期の演算のために、ＳＰ”を以下のように更新する。
ＳＰ”＝ＳＰ’                                                ・・・（１５）
【００４０】
ＰＩＤコントローラ７は、設定値ＳＰフィルタ部１３から出力されたフィルタリング設定値ＳＰ’、第２の制御量ＰＶ２入力部４から出力された第２の制御量ＰＶ２、及び第２のＰＩＤパラメータ記憶部９に予め記憶されている第２のＰＩＤパラメータに基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行い、操作量ＭＶを算出して操作量ＭＶ出力部５に出力する（ステップＳ１７）。
ＭＶ＝ＭＶ’＋ＭＤ                                            ・・・（１６）
ＭＤ＝（１００／Ｐｂ２）｛ＥＰ＋（ＥＲ／Ｔｉ２）＋Ｔｄ２ＥＤ｝  ・・（１７）
【００４１】
１制御周期前の操作量ＭＶ’は、直前の制御周期（現制御周期が第２の制御周期の場合は第１の制御周期）において出力した値をＰＩＤコントローラ７が記憶しておいたものである。現制御周期の制御偏差ＥＲは、前記の式（１３）で求めることができる。また、現制御周期の制御偏差変化量ＥＰ、制御偏差変化量ＥＰの変化量ＥＤについては、前記の式（４）、式（５）で求めることができる。ＥＲ、ＥＰ、ＥＤ、ＭＶの演算後、ＰＩＤコントローラ７は、次の制御周期の演算のために、ＥＲ’、ＥＰ’、ＭＶ’をそれぞれ前記の式（６）、式（７）、式（８）のように更新する。
【００４２】
ＰＩＤコントローラ７は、前述と同様に、操作量上下限処理を行った上で操作量ＭＶを出力する。
操作量ＭＶ出力部５は、ＰＩＤコントローラ７から出力された操作量ＭＶを操作部６に出力する（ステップＳ１８）。
【００４３】
以上のようなステップＳ１４〜Ｓ１８の処理が例えばオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ１９においてＹｅｓ）、制御周期毎に繰り返し実行される。なお、第２の制御周期の次の第３の制御周期以降では、設定値ＳＰフィルタ部１３が用いるＳＰ”は、直前の制御周期において算出したフィルタリング設定値ＳＰ’を設定値ＳＰフィルタ部１３が記憶しておいたものとなる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態では、制御量を第１の制御量ＰＶ１から第２の制御量ＰＶ２に切り換えた瞬間に、ＰＩＤコントローラ７による制御演算の状態が、切換時操作量ＭＶ＿cur と切換時制御量ＰＶ＿cur と切換時設定値ＳＰ＝ＰＶ＿cur で整定している状態と等価になるように、制御演算における過去の制御量に関わる変量をリセットし、さらに第２の制御期間で制御演算に用いるフィルタリング設定値ＳＰ’を本来目指すべき第２の設定値ＳＰ２に徐々に近付けていくようにするので、制御量を切り換えたときに、第２の制御量ＰＶ２が良好な特性で第２の設定値ＳＰ２に追従するように制御することが可能となる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態をより具体的に説明するものであり、第１の実施の形態の制御装置を半導体製造プロセスのボンディング工程に適用したものである。すなわち、ヒータが操作部６となり、電子部品実装基板（以下、ＬＣＤ基板と記述する）が制御対象となる。これにより、ヒータ温度計測値ＰＶＨが第１の制御量ＰＶ１となり、ＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが第２の制御量ＰＶ２となり、ヒータ温度に対する設定値ＳＰＨが第１の設定値ＳＰ１となり、ＬＣＤ基板温度推定値に対する設定値ＳＰＤが第２の設定値ＳＰ２となり、ヒータ入力ＭＶＨが操作量ＭＶとなる。
【００４６】
まず、ボンディング対象のＬＣＤ基板がワークエリアに供給される以前は、図２のステップＳ１〜Ｓ４の処理により、ヒータ温度計測値ＰＶＨが制御対象温度として制御されており、例えばヒータ入力ＭＶＨ＝２０％でヒータ温度計測値ＰＶＨが２００℃に維持されている。
【００４７】
次に、ワークエリアにＬＣＤ基板が供給される際、推定部１５は、雰囲気温度（常温２５℃）をＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤの初期値とする。
ワークエリアにＬＣＤ基板が供給され、ヒータがＬＣＤ基板に接すると、例えばヒータを下降させた駆動装置から制御量切換信号入力部１０に制御量切換信号が入力される。
【００４８】
制御量切換信号が入力されたことにより、切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部１１は、ＬＣＤ基板温度推定値の初期値ＰＶＤ＝２５℃を切換時制御量ＰＶ＿cur として記憶し（ステップＳ８）、切換時操作量ＭＶ＿cur 記憶部１２は、ヒータ入力ＭＶＨ＝２０％を切換時操作量ＭＶ＿cur として記憶する（ステップＳ９）。
【００４９】
リセット実行部１４は、１制御周期前の制御偏差ＥＲ’をゼロにリセットすると共に、１制御周期前の制御偏差変化量ＥＰ’をゼロにリセットする（ステップＳ１０）。
設定値ＳＰフィルタ部１３は、切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部１１に記憶された切換時制御量ＰＶ＿cur ＝２５℃をフィルタリング設定値ＳＰ’の初期値とする（ステップＳ１１）。ここで、実際の制御目標としては、ＬＣＤ基板温度推定値に対する設定値ＳＰＤ＝１７５℃が与えられているものとする。
【００５０】
ＰＩＤコントローラ７は、制御対象温度（制御量）を切り換えた後の第１の制御周期ではステップＳ１２のＰＩＤ制御演算を行い、第２の制御周期以降ではステップＳ１７のＰＩＤ制御演算を行う。
第２の制御周期以降において、推定部１５は、予め設計された次式のようなＬＣＤ基板温度推定モデルにより、ＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤを算出する。
ＰＶＤ＝（ＰＶＤ’Ｔｐｖ＋ＰＶＨ）／（Ｔｐｖ＋１）            ・・・（１８）
Ｔｐｖはヒータからの熱伝達時定数、ＰＶＤ’は１制御周期前のＬＣＤ基板温度推定値である。ただし、式（１８）では制御周期を１秒としている。
【００５１】
こうして、フィルタリング設定値ＳＰ’の初期値２５℃とＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤの初期値２５℃を制御の初期値として、ＰＩＤコントローラ７によりヒータ入力ＭＶＨが算出され、このヒータ入力ＭＶＨに応じたヒータの発熱によりＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが昇温する。第２の制御周期以降では、設定値ＳＰフィルタ部１３で算出されるフィルタリング設定値ＳＰ’に追従する形でＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが昇温する。最終的にはフィルタリング設定値ＳＰ’が第２の設定値ＳＰＤと同じ１７５℃に収束することになり、すなわちＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが１７５℃に昇温する。
【００５２】
本実施の形態では、制御対象温度をＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤに切り換えた瞬間に、ＰＩＤコントローラ７による制御演算の全てが、この切り換えた瞬間のヒータ入力ＭＶＨと同値のヒータ入力ＭＶＨによりＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが設定値ＳＰ’＝２５℃に整定していた状況と等価な状態になるので、制御対象温度を切り換えた瞬間にヒータ入力ＭＶＨが急激に増大することはなく、過度な昇温動作は発生しない。制御対象温度を切り換えた後は、高温に維持されたヒータからの熱の伝達により短時間でＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが上昇するが、フィルタリング設定値ＳＰ’も本来の設定値ＳＰＤ＝１７５℃に収束する。
【００５３】
図３（Ａ）に示すように、フィルタリング設定値ＳＰ’が本来の設定値ＳＰＤ＝１７５℃に収束する速度と、ＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが上昇する速度とが概ね等しくなるように、ＳＰフィルタ時定数Ｔｓｐを設計しておけば、ＰＩＤコントローラ７で算出される制御偏差ＥＲ＝ＳＰ’−ＰＶＤが大きな値に変わらないまま推移する。その結果、ヒータ入力ＭＶＨは、図３（Ｂ）のように過度に大きくなることなく、ＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤが設定値ＳＰ’にきれいに追従するためだけに変動する。すなわち、ヒータ入力ＭＶＨがＰＩＤコントローラ７の操作量上下限処理で制限されることがなく、またヒータ入力ＭＶＨが短時間で急激に上下動することもないので、ＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤを設定値ＳＰ’に確実に追従させることができ、結果的に良好な制御特性（昇温軌道）を得ることができる。
【００５４】
なお、第１の実施の形態では説明していないが、ヒータがＬＣＤ基板に接触した後に所定の時間が経過すると、駆動装置がヒータを上昇させることにより、ヒータがＬＣＤ基板から離れる。このとき、駆動装置から制御量切換信号入力部１０に制御量切換信号が入力されることにより、制御対象温度はＬＣＤ基板温度推定値ＰＶＤからヒータ温度計測値ＰＶＨに切り換わる。
【００５５】
また、本実施の形態では、第１の実施の形態の制御装置をボンディング工程に適用した例を説明したが、これに限るものではなく、例えば高温に制御されたホットプレート上に、低温の半導体ウエハを載置してウエハ温度推定値を昇温制御する場合にも、全く同じ手順で適用できる。すなわち、ホットプレート上に半導体ウエハを載置した瞬間に、制御対象温度をホットプレートの温度計測値からウエハ温度推定値に切り換えるようにすればよい。また、同様のアプリケーションであれば、これらに限られない。
また、第１、第２の実施の形態では、第２の制御量として制御対象の物理量の推定値を用いているが、物理量の測定値を用いるようにしてもよい。物理量の測定値を用いる場合、推定部１５は不要である。
【００５６】
なお、第１、第２の実施の形態で説明した制御装置は、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、プロセス制御技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態の制御装置においてヒータを電子部品実装基板に接触させたときの制御対象温度とフィルタリング設定値とヒータ入力の変化の１例を示す図である。
【図４】半導体製造プロセスのボンディング工程に特許文献１の技術を適用した温度制御を説明するための図である。
【図５】半導体製造プロセスのボンディング工程に特許文献１の技術を適用した温度制御の問題点を説明するための図である。
【図６】半導体製造プロセスのボンディング工程に特許文献１の技術を適用した温度制御の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…第１の設定値ＳＰ１入力部、２…第２の設定値ＳＰ２入力部、３…第１の制御量ＰＶ１入力部、４…第２の制御量ＰＶ２入力部、５…操作量ＭＶ出力部、６…操作部、７…ＰＩＤコントローラ、８…第１のＰＩＤパラメータ記憶部、９…第２のＰＩＤパラメータ記憶部、１０…制御量切換信号入力部、１１…切換時制御量ＰＶ＿cur 記憶部、１２…切換時操作量ＭＶ＿cur 記憶部、１３…設定値ＳＰフィルタ部、１４…リセット実行部、１５…推定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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