专利名称：温度推定方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如半导体制造装置等的加热冷却处理装置，特别涉及 以下温度推定方法及装置，其基于与推定对象之间具有热阻的加热器等 温度测定可能点的温度来推定推定对象的温度。
背景技术：
在如半导体制造装置那样运行中不能实际测量进行加热冷却处理
的被加热冷却物(半导体制造装置时为晶片)的温度的情况下，往往进 行如下操作，即、在装置的试运行和调整时预先在被加热冷却物上安装
温度传感器，制作关于加热冷却处理部和被加热冷却物的模型，在正式 运行时，基于模型边推定被加热冷却物的温度边进行处理。不过，在该 方法中，模型和实际的被加热冷却物之间产生偏差时，有产生温度推定 误差的问题。
为了解决这个问题，人们考虑在半导体制造装置中应用下述技术，
即、使用数值分析法实时进行模型识别(例如，参照日本特许第3331758 号公报)。将日本特许第3331758号公报所公开的技术应用在半导体制 造装置中时，在不能直接测量想要知道温度的部位(以下称为推定对象) 的温度、并且正式运行时安装温度传感器的温度可测量点和推定对象之 间的热阻及推定对象的热容量都不清楚的情况下，可以利用递推最小2 乘法及梯度法、最大似然估计法来计算求得温度可测量点与推定对象之间 的热阻值、推定对象的热容量值，直到根据以热阻值和热容量值为系数的 模型而计算出的温度可测量点的温度推定值、和温度可测量点的温度实测 值一致，使用所计算出的热阻值来推定推定对象的温度(以下称为已有技 术l)。根据这样的已有技术l，即使识别时的模型和实际的推定对象之间 存在偏差的情况下，也能精度优良地推定推定对象的温度。
此外，作为使用了其他推定方法的技术，在日本特开2000-88666 号公报中公开了推定埋设在地下的管道内电缆的导体温度的技术(以 下，称为已有技术2)。在该已有技术2中，测量欲求导体温度的目标管
道内部的温度、土壤温度以及所有管道的通电电流值，并基于土壤热阻 值求来自周围的管道的热影响，并且根据各管道的通电电流求得导体的 热流值，从而求得目标管道附近的土壤温度变化，并根据各深度下土壤 原本具有的基底温度和土壤温度变化来求得计算上的土壤温度，根据该
土壤温度和目标管道内的导体热流值，按照包含导体温度的解析模型来 计算管道内的温度，并比较管道内温度的计算值和管道内温度的实测 值，当比较结果为一致时，将解析模型中所使用的导体温度确定为准确 的推定结果，当比较结果为不一致时，重新定土壤热阻、基底温度以及 计算所使用的热常数，之后再次进行计算。
但是， 一边使用数值解析法来识别热阻值一边进行温度推定的已有 技术l，存在下述问题，即，在热阻值和热容量值的推定初始值不准确 的情况下，在开始准确的温度推定之前需要花费时间，并且在求得系数 值之前，推定温度因系数误差而不准确。另外，已有技术l，在热阻和 热容量等热常数在加热冷却处理时发生变化的情况下，存在开始准确的
温度推定之前需要花费时间的问题。再有， 一般来讲，在递推最小2乘 法等推定收敛速度快的方法中，存在计算量大的问题。
同样，在已有技术2中，也存在下述问题，即、在土壤的热阻值等 热常数的推定初始值不准确的情况下，重新定热常数需要花费时间，在 开始准确的温度推定之前需要花费时间。已有技术2为计算管道内电缆 的导体温度和土壤的热阻值的例子，温度推定的精度和推定收敛速度也 不需要那么高等级，但是，在被加热冷却物的质量因温度的推定精度而 发生大的变化的加热冷处理中的温度推定中，提高该精度以及推定收敛 速度具有非常重要的意义，即，当不能准确推定被加热冷却物的温度的 情况下，就不能进行适当的加热冷却处理。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而做出的，第1目的是提供一种温度 推定方法以及装置，即使在不能直接测量推定对象的温度、并且在加热 冷却处理时推定对象和温度可测量点之间的热阻发生变化的情况下，也 能精度优良且迅速地通过筒单的运算处理来推定推定对象的温度。
此外，本发明的第2目的在于提供一种温度推定方法及装置，即使 在不能直接推定推定对象的温度、并且在加热冷却处理时推定对象和温
度可测量点之间的热阻以及推定对象的热容量发生变化的情况下，也能 迅速且精度优良地通过简单的运算处理来推定推定对象的温度。
本发明的温度推定方法，具有测量步骤，测量与推定对象之间具 有热阻的温度可测量点的温度；温度变化量推定步骤，根据上述温度可 测量点的温度变化量、温度可测量点的温度变化量临时推定值、和推定 对象的温度变化量临时推定值，来推定上述推定对象的温度变化量的真 值，其中，上述温度可测量点的温度变化量是根据上述温度可测量点的 温度而求得的，温度可测量点的温度变化量临时推定值是基于关于上述 温度可测量点和上述推定对象的热传导模型来推fct述温度可测量点 的温度变化量而得到的值，推定对象的温度变化量临时推定值是基于上 述热传导模型来推定上述推定对象的温度变化量而得到的值；以及温度 推定步骤，根据在该温度变化量推定步骤中所推定的温度变化量的真值 来推定上述推定对象的温度的真值。
另外，本发明的温度推定装置具有存储部，存储关于温度可测量 点和推定对象的热传导模型的参数，该温度可测量点与上述推定对象之 间具有热阻；温度测量部，测量上述温度可测量点的温度；温度变化量 推定部，根据上述温度可测量点的温度变化量、温度可测量点的温度变 化量临时推定值、和推定对象的温度变化量临时推定值，来推定上述推 定对象的温度变化量的真值，其中，上述温度可测量点的温度变化量是 根据上述温度可测量点的温度而求得的，温度可测量点的温度变化量临 时推定值是基于上述热传导模型来推定上述温度可测量点的温度变化 量而得到的值，推定对象的温度变化量临时推定值是基于上述热传导模 型来推定上述推定对象的温度变化量而得到的值；以及温度推定部，根 据由该温度变化量推定部所推定的温度变化量的真值来推定上述推定 对象的温度的真值。
此外，本发明的温度推定方法，具有测量步骤，测量与推定对象 之间具有热阻的温度可测量点的温度；温度变化量推定步骤，根据上述 温度可测量点的温度变化量的实测值、上述温度可测量点的温度变化量 临时推定值、和上述推定对象的温度变化量第l推定值，来求取上述推 定对象的温度变化量第2临时推定值，上述推定对象的温度变化量第2 临时推定值是视上述推定对象的热容量值未发生变化时的值，其中，上 述温度可测量点的温度变化量的实测值是根据上述温度可测量点的温
度而求得的，上述温度可测量点的温度变化量临时推定值是基于关于上
述温度可测量点和上述推定对象的热传导模型进行推定而得到的值；上 述推定对象的温度变化量第l推定值是基于上述热传导模型进行推定而 得到的值；热阻值变化系数推定步骤，根据上述推定对象的温度变化量 第2临时推定值和上述热传导模型来推定上述热阻值的变化值；以及温 度推定步骤，根据不同釆样时刻的上述温度可测量点的温度、和上述热 阻值的变化值来推定上述推定对象的温度的真值。
另外，本发明的温度推定装置，具有存储部，存储关于温度可测 量点和推定对象的热传导模型的参数，该温度可测量点与上述推定对象 之间具有热阻；温度测量部，测量上述温度可测量点的温度；温度变化 量推定部，根据上述温度可测量点的温度变化量的实测值、上述温度可 测量点的温度变化量临时推定值、和上述推定对象的温度变化量第1临 时推定值，来求取上述推定对象的温度变化量第2临时推定值，上述推 定对象的温度变化量第2临时推定值是视上述推定对象的热容量值未发 生变化时的值，其中，上述温度可测量点的温度变化量的实测值是根据 上述温度可测量点的温度而求得的；上述温度可测量点的温度变化量临 时推定值是基于上述热传导模型进行推定而得到的值，上述推定对象的 温度变化量第1临时推定值是基于上述热传导模型进行推定而得到的 值；热阻值变化系数推定部，根据上述推定对象的温度变化量第2临时 推定值和上述热传导模型来推定上述热阻值的变化值；以及温度推定 部，根据不同釆样时刻的上述温度可测量点的温度、和上述热阻值的变 化值来推定上述推定对象的温度的真值。
如以上所说明的那样，根据本发明，通过执行下述步骤，即使在不 能直接测量推定对象的温度、并且推定对象和温度可测量点之间的热阻 随每个推定对象而产生偏差，或者在加热冷处理中热阻从识别热传导模 型时的值发生了变化的情况下，也能精度优良且迅速地推定推定对象的 温度，上述步骤是指，测量步骤，测量温度可测量点的温度；温度变化 量推定步骤，根据温度可测量点的温度变化量、温度可测量点的温度变 化量临时推定值、和推定对象的温度变化量临时推定值，来推定推定对 象的温度变化量的真值，其中，温度可测量点的温度变化量是根据温度 可测量点的温度而求得的，温度可测量点的温度变化量临时推定值是基 于关于温度可测量点和推定对象的热传导模型来推定温度可测量点的
温度变化量而得到的值，推定对象的温度变化量临时推定值是基于热传
导模型来推定推定对象的温度变化量而得到的值；以及温度推定步骤， 根据在该温度变化量推定步骤中推定的温度变化量的真值来推定推定 对象的温度的真值。此外，在本发明中，由于即使热阻在温度推定中持 续变化，也不受热阻变化的影响，所以能够迅速且精度优良地推定推定 对象的温度。另夕卜，在本发明中，由于不需要数值分析处理和统计处理， 所以能够将计算量减少到非常少，即使在处理能力比较弱的加热冷却处 理装置的温度控制处理器中，也能以足以进行实时处理的程度的简单运 算来进行推定处理。
此外，根据本发明，通过执行下述步骤，即使在不能直接测量推定 对象的温度、并且推定对象与温度可测量点之间的热阻值和推定对象的 热容量值不明确、热阻值和热容量值随每个推定对象而有偏差，或者在 加热冷却处理中热阻值和热容量值从识别热传导模型时的值发生了变 化的情况下，也能精度优良且迅速地推定推定对象的温度，上述步骤是， 测量步骤，测量温度可测量点的温度；温度变化量推定步骤，根据温度 可测量点的温度变化量的实测值、温度可测量点的温度变化量临时推定 值、和推定对象的温度变化量第l推定值，来求取推定对象的温度变化 量第2临时推定值，该推定对象的温度变化量第2临时推定值是视推定 对象的热容量值未发生变化时的值，其中，温度可测量点的温度变化量 的实测值是根据温度可测量点的温度而求得的，温度可测量点的温度变 化量临时推定值是基于关于温度可测量点和推定对象的热传导模型进 行推定而得到的值，推定对象的温度变化量第l推定值是基于热传导模 型进行推定而得到的值；热阻值变化系数推定步骤，根据推定对象的温 度变化量第2临时推定值和热传导模型来推定热阻值的变化值；以及温 度推定步骤，根据不同采样时刻的温度可测量点的温度、和热阻值的变 化值来推定推定对象的温度的真值。此外，在本发明中，由于即使在温 度推定中推定对象和温度可测量点之间的热阻值和推定对象的热容量
值持续变化，只要以与它们的变化相比足够快的周期执行运算，既可不 受热阻值的变化和热容量值的变化的影响，所以能够迅速且精度优良地 推定推定对象的温度。此外，在本发明中，能够迅速且精度优良地计算 推定对象与温度可测量点之间的热阻值的变化。再有，在本发明中，只 沿时间轴方向进行少数几个采样的数值计算，不需要进行数值解析处理 和统计处理，所以能够将计算量减少到非常少，即使在处理能力比
的加热冷却处理装置的温度控制处理器中，也能以足以进行实时处理的 程度的简单运算，来进行温度推定处理以及热阻值变化系数推定处理。
图l是表示本发明的实施例1的加热冷却处理装置的结构的框图。
图2是表示图1的加热冷却处理装置的控制器的温度推定装置的结 构例的框图。
图3是表示图2的温度推定装置的动作的流程图。
图4是表示利用图2的温度推定装置得到的工件温度的推定结果和 工件温度的实测值的1个例子的图。
图5是表示利用图2的温度推定装置得到的热阻值变化系数的推定 结果和热容量值变化系数的实测值的l个例子的图。
图6是表示利用图2的温度推定装置得到的工件温度的推定结果和 工件温度的实测值的其他例子的图。
图7是表示利用图2的温度推定装置得到的热阻值变化系数的推定 结果和热阻值变化系数的实测值的其他例子的图。
图8是表示利用图2的温度推定装置得到的工件温度的推定结果和 工件温度的实测值的其他例子的图。
图9是表示利用图2的温度推定装置得到的热阻值变化系数的推定 结果和热阻值变化系数的实测值的其他例子的图。
图IO是表示本发明的实施例2的加热冷却处理装置中的控制器的 温度推定装置的结构例的框图。
图11是表示图10的温度推定装置的动作的流程图。
图12是表示利用图IO的温度推定装置得到的工件温度的推定结果 和工件温度的实测值的l个例子的图。
图13是表示利用图IO的温度推定装置得到的工件温度的推定结果
和工件温度的实测值的其他例子的图。
图14是表示利用图IO的温度推定装置得到的热阻值变化系数的推 定结果和热阻值变化系数的实测值的l个例子的图。
图15是表示利用图IO的温度推定装置得到的热容量变化系数的推 定结果和热容量值变化系数的实测值的1个例子的图。
图16是表示利用图IO的温度推定装置得到的工件温度的推定结果 和工件温度的实测值的其他例子的图。
图17是表示利用图IO的温度推定装置得到的热阻值变化系数的推 定结果和热阻值变化系数的实测值的其他例子的图。
图18是表示利用图10的温度推定装置得到的热容量变化系数的推 定结果和热容量变化系数的实测值的其他例子的图。
具体实施例方式
(实施例1)
图l表示了本发明的实施例1的加热冷却处理装置的结构。在图1 中，2是承载工件1的加热板，3是安装在加热板2上的加热器，4是安 装在加热器3上的温度传感器，5是控制器，6是环境温度传感器。控 制器5具有温度推定装置50和控制装置51。控制器5可以由具有CPU、 存储装置及接口的计算机、和控制这些硬件资源的程序来实现。CPU 按照存储装置所存储的程序执行以下处理。
以下，对温度推定装置50的温度推定原理进行说明。设加热器3 的温度为Th、要推定的工件1的温度为Tw、周围的环境温度为Te、从 控制器5的控制装置51向加热器3输出的控制器输出值为MV、采样 时间(采样周期)为ts，关于加热器温度Th和工件温度Tw，根据关于 温度可测量点(加热器3)和推定对象(工件1)的热传导模型，建立 式子，进行离散化并整理后，如下所示。<formula>formula see original document page 13</formula>在式(l)、式(2)中，Tw(n)为时刻n时的工件温度、Tw ( n+l) 为从时刻n经采样时间L后的时刻n+l时的工件温度、Th (n)为时刻 n时的加热器温度、Th (n+l)为时刻n+l时的加热器温度。此外，系 数a、 b、 c、 d为热传导模型的参数。这些系数a、 b、 c、 d，是在装置 的维护(maintenance)中，以时间序列计量加热器温度Th、工件温度 lV以及环境温度Te，通过使用最小2乘法而识别的值。并且加热器温
度Th和环境温度Te在维护时和正式运行时的任意一者中都能测量，但
是工件温度Tw仅能在维护时测量，在正式运行中不能测量。在这里， 工件初始温度可以测量或者可以利用其他位置的温度近似。
此外，设在正式运行时，作为温度可测量点的加热器3和作为推定 对象的工件l之间的热阻值，随工件的不同而存在偏差，是不明确的。 设正式运行中相对于识别热传导模型时求得的热阻值发生了变化的热 阻的变化值(准确来说，为热阻的倒数的变化值)为热阻值变化系数 mr，对基于正式运行时的热传导模型的式子进行离散化，整理后的结果 如下所示，该热传导模型考虑了热阻值变化系数mr。
<formula>formula see original document page 13</formula>式(1)、式(2)为基于识别时的热传导模型来推定工件温度Tw、 加热器温度Th的式子，而如上所述，式(3)、式(4)是进而考虑热阻 值变化系数mr来推定工件温度Tw、加热器温度Th的式子，利用式(3 )、 式(4)而求得的工件温度lw (n+l)、加热器温度Th (n+l)相当于真 值。
当时刻n之前的加热器温度Th、工件温度Tw以及环境温度为Te 已知，或者可以适当地推定时，对于从时刻n至时刻n+l的2个采样之 间的工件温度变化量，基于识别时的热传导模型来进行推定时，则由式 (l)变为下式。
<formula>formula see original document page 14</formula>(n))
<formula>formula see original document page 14</formula>…(5)
将式(5)所示的值称为工件温度变化量的临时推定值。
此外，在考虑正式运行时的每个工件的热阻值变化系数mr时，工 件温度变化量由式(3)变成下式。<formula>formula see original document page 14</formula>(n))
<formula>formula see original document page 14</formula> …(6)
将式(6)所示的值称为工件温度变化量的真值。
两个采样之间的工件温度变化量的临时推定值和真值之间的差，为 式(5)的右边与式(6)的右边之差，如下式所示。<formula>formula see original document page 14</formula> …(7)
同样，当时刻n之前的加热器温度Th、工件温度Tw以及环境温度 Te已知，或者可以适当地推定时，对于从时刻n至时刻n+l的2个釆 样之间的加热器温度变化量，基于识别时的热传导模型进行推定时，由 式(2)变为下式。
<formula>formula see original document page 14</formula>n))) …(8)
将式(8)所示的值称为加热器温度变化量的临时推定值。
此外，当考虑正式运行时的每个工件的热阻值的变化系数mr时， 加热器温度变化量由式(4)变为下式。
<formula>formula see original document page 15</formula>…(9)
将式(9)所示的值称为加热器温度变化量的真值。
2个采样之间的加热器温度变化量的临时推定值和真值之间的差， 为式(8)的右边与式(9)的右边之差，如下式所示。
<formula>formula see original document page 15</formula> …(10)
在这里，认真观察式(7)、式(IO)，可知有下式成立。
(工件温度变化量的临时推定值-工件温度变化量的真值)/ (加热 器温度变化量的真值-加热器温度变化量的临时推定值)=a/d ... (11)
即，根据实际的测量值求2个采样之间的加热器温度变化量的真值， 计算2个采样之间的加热器温度变化量的真值和临时推定值之间的差， 在所计算出的差值上乘以a/d，由此能求得2个釆样之间的工件温度变 化量的临时推定值和真值之间的差。
基于识别时的热传导模型的2个采样之间的工件温度变化量的临时 推定值是可以计算的。当设2个釆样之间的加热器温度变化量的真值为 ATh、 2个采样之间的加热器温度变化量的临时推定值为带帽ATh, m。del (以下，同样将在字符上标记的"A，，称为带帽)、2个采样之间的工件 温度变化量的临时推定值为带帽ATW,咖de,时，2个采样之间的工件温度 变化量的真值的推定值带帽ATW，可以如下式这样求得。
(算式l)
<formula>formula see original document page 15</formula> ... (12)
利用式(12)的关系，在设自时刻n至时刻n+l的2个采样之间的 工件温度变化量的真值的推定值为带帽ATw (n)时，时刻n+l时的工 件温度的推定值带帽Tw (n+l)，可以根据时刻n时的工件温度的推定 值带帽Tw (n)如下式这样计算出来。
<formula>formula see original document page 16</formula>
此外，在式(6)中，使用工件温度的推定值带帽Tw (n)替代时 刻n时的工件温度Tw(n)、使用工件温度变化量的推定值带帽ATw(n) 替代工件温度变化量Tw (n+1) -Tw (n)时，可以利用下式求得时刻n 时的热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)。
(算式3)
<formula>formula see original document page 16</formula>
…(14)
如图2所示，温度推定装置50具有存储部500、温度测量部501、
工件温度变化量推定部502、工件温度推定部503、以及热阻值变化系
数推定部504,存储部500存储预先识别的热传导模型的参数、测量数 据和计算数据。
使用图3，对温度推定装置50的动作进行说明。首先，温度测量部 501在正式运行前的初始状态下，取得由温度传感器4测量的加热器温 度1\、由环境温度传感器6测量的环境温度Te、和由仅可在初始状态 使用的温度传感器测量的工件温度Tw。存储部500存储温度测量部501 所取得的加热器温度Th、环境温度Te、工件温度lw(图3步骤Sl)。
接下来，开始正式运行，温度测量部501取得当前时刻n+l时的加 热器温度Th ( n+l)和环境温度Te ( n+l )。存储部500存储温度测量部 501所取得的加热器温度Th ( n+l)和环境温度Te ( n+l)(步骤S2 )。
然后，工件温度变化量推定部502参照存储部500所存储的值，计 算当前时刻n+l的加热器温度Th ( n+l)和1个采样前的时刻n的加热 器温度Th (n)之间的差，即、计算2个采样之间的加热器温度变化量 的真值ATh，利用式(8)计算2个采样之间的加热器温度变化量的临 时推定值带帽ATh, m。del,利用式(5)计算2个采样之间的工件温度变 化量的临时推定值带帽ATW, m。del,根据这些计算出的值，利用式(12) 来计算从时刻n至时刻n+l的2个采样之间的工件温度变化量的推定值
带帽ATW ( n )(步骤S3 )。存储部500存储该工件温度变化量的推定值 带帽ATW (n)。
此时，在当前时刻n+l为工件投入后的最初采样时刻的情况下，式 (5)、式(8)中的加热器温度Th (n)是在初始状态下测量的温度， 工件温度Tw (n)是在初始状态下测量的温度或利用其他位置的温度近 似的温度。此外，式(8)中的控制器输出值MV (n)是在时刻n由控 制装置51所计算出的值，但是在当前时刻n+l为工件投入后的最初采 样时刻的情况下，为初始状态下所输出的值。
接下来，工件温度推定部503，根据存储部500所存储的工件温度 变化量的推定值带帽ATW ( n )和工件温度的推定值带帽Tw ( n )，利用 式(13)计算当前时刻n+l时的工件温度的推定值带帽Tw (ii+l)(步 骤S4)。存储部500存储该工件温度的推定值带帽Tw (n+l)。并且， 在当前时刻n+l为工件投入后的最初釆样时刻时，作为工件温度的推定 值带帽Tw (n)使用在初始状态下测量的、或者利用其他位置的温度近 似的工件温度Tw。
然后，热阻值变化系数推定部504，根据存储部500所存储的工件 温度变化量的推定值带帽ATW (n)、工件温度的推定值带帽Tw (n)、 加热器温度Th ( n )和环境温度Te ( n )，利用式(14 )计算时刻n时的 热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)(步骤S5)。存储部500存储 该热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)。另外，在当前时刻n+l为 工件投入后的最初采样时刻时，环境温度Te (n)为初始状态下所测量 的值。
以下，同样地在加热冷却处理装置的动作停止之前(在步骤S6中 为是)，在每个采样时间反复进行步骤S2 S5的处理。在当前时刻n+l 不是工件投入后的最初采样时刻的情况下，加热器温度Th (n)和环境 温度Te(n)是l个采样前所取得的值，作为式(5)、式(8)的工件温 度Tw U ),使用工件温度的推定值带帽Tw U )。
控制器5的控制装置51,与这样的温度推定装置50的动作并行地 取得温度推定装置50所计算出的时刻n时的工件温度的推定值，计算 出控制器的输出值MV,使得该工件温度的推定值和目标温度一致，在 时刻n+l时向加热器3输出该控制器输出值MV。 如以上那样，在本实施例中，即使在正式运行中工件1和加热器3 之间的热阻值从模型识别时的值发生了变化，也能即时推定工件温度， 而不用知道其变化量。此外，在本实施例中，可以利用所计算出的工件 温度来即时推定热阻值的变化量。此外，在本实施例中，即使不知道热 阻值的变化量，也能迅速地进行温度推定，所以，即使在温度推定中热 阻值连续变化的情况下也能即时进行温度推定，也可以利用它来计算连 续变化的热阻值。此外，在本实施例中，由于在温度的推定运算中未4吏 用数值解析和统计运算，所以计算负担轻，从而也可以安装处理能力弱 的处理器。
此外，在本实施例中，通过执行热阻值变化系数推定步骤，即、根 据工件温度的真值和热传导模型来推定工件1和加热器3之间的热阻的 变化值，能够迅速且精度优良地计算热阻值的变化。在这种情况下，热 阻值的变化，即使是非预期的变化也没有关系。再有，在本实施例中， 将此前所求得的热阻值用作固定值，加热器3的温度变小到接近测量误 差程度的水平之后，也能精度优良地求得工件温度。
图4~图9表示本实施例的效果。图4、图6、图8是表示本实施例 的工件温度的推定结果和工件温度的实测值的l个例子的图。图5、图 7、图9是表示本实施例的热阻值变化系数的推定结果和热阻值变化系 数的实测值的l个例子的图。在图4、图5的例子中，假定了工件l和 加热器3之间的热阻值在正式运行时从模型识别时的值发生了变化，并 达到一定值的情况，工件温度的推定值带帽Tw和工件温度的实测值Tw 充分一致，同样，热阻值变化系数的推定值带帽mr和热阻值变化系数 的实测值mr也充分一致，从而可知能够精度优良地推定工件温度和热 阻值。此外，在图6、图7的例子中，假定了工件1和加热器3之间的 热阻值在温度推定中持续变化的情况，可知，能够精度优良地推定工件 温度、热阻值。此外，在图8、图9的例子中，假定了工件l和加热器 3之间的热阻值在温度推定中不规则地持续变化的情况，可知，可以精 度优良地推定工件温度、热阻值。
在本实施例中，加热器温度变化量的实测值与基于热传导模型的加 热器温度变化量的临时推定值之间的差，和基于热传导模型的工件温度 变化量的临时推定值与工件温度变化量的真值之间的差，呈以a/d表示 的固定关系。该比值a/d，若返回到原热传导模型中的微分方程式来考
虑，则为由加热器温度所代表的温度可测量点与由工件温度所代表的推 定对象的热容量比。
此外，在本实施例中，以工件为推定对象，并"&加热器为温度可测 量点，不过，反之即使在工件温度可测量、加热器温度不可测量的情况
下，式(11)的关系也完全相同，所以，可以以Alw为工件温度变化量 的实测值，如下式所示这样计算出加热器温度变化量的真值的推定值带 帽ATh。
(算式4)
<formula>formula see original document page 19</formula>感应加热装置等，由于在工件侧产生热量，所以可以将工件看做加 热源，并且，很多情况下不可测量工件温度。在这种情况下，设工件温 度为Th、装置可测量点的温度为Tw，使用式(15)来推定工件温度的 方法是适当的。
此外，在本实施方式中，温度测量要素仅为加热器温度、工件温度、 环境温度，在正式运行中模型从模型识别时发生的变化只是加热器与工 件之间的热阻值的情况下，即使增加加热器和工件间以外的模型要素的 数量，也仅仅是利用式(5)、式(6)、式(8)、式(9)所消去的项增 加，其结果是，能够导出式(ll)，所以可以应用相同的方法。即使在 如上所述工件温度可测量、加热器温度不可测量的情况下，在能够如感 应加热装置等那样将工件看做加热源、并且工件温度不可测量的情况 下，或者在控制器的输出与加热器之间引入其他模型要素的情况下，增 加加热器和工件间以外的模型要素的数量，也同样能导出式(11)。
再有，在本实施方式中，加热器温度，被模型化为直接受控制器输 出值的影响，但是，如下述的式(16)、式(17)所示，也可以在控制 器的输出和加热器之间引入其他的模型要素。在式(16)、式(17)中， 设模型要素p的温度为Tp。<formula>formula see original document page 20</formula>
替代式(8)、式(9)，求式(16)的右边与式(17)的右边之间的 差，消去加热器温度和工件温度以外的要素，结果可计算出式(IO), 其结果是也可导出式(11)。
此外，在本实施例中，在计算热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)时，由于使用将式(6)变形后的式(4)，所以使用工件温度的推 定值带帽Tw ( n )和工件温度变化量的推定值带帽ATW ( n ),不过，热 阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n),也可以利用工件温度的推定值 带帽Tw ( n )和将式(9 )变形后的下述式(18 )来求得。
(算式5)<formula>formula see original document page 20</formula>
同样，在控制器的输出与加热器之间引入其他模型要素的情况下， 热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)，也可以利用将式(17)变形 后的下述式(19)来求得。
(算式6)
<formula>formula see original document page 20</formula>
同样，在可以如感应加热装置等那样将工件看做加热源、并且不能 测量工件温度的情况下，热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)，可
以利用以带帽Tw置换式(14)或式(18)的Th、以Th置换带帽Tw后 的式子来求得。
(实施例2 )
接下来，对本发明的实施例2进行说明。在本实施例中，由于加热 冷却处理装置的构成和实施例1相同，所以使用图1的符号进行说明。
首先，对本实施例的温度推定装置50的温度推定原理进行说明。 当针对加热器温度Tb和工件温度Tw，根据关于温度可测量点(加热器 3 )和推定对象(工件1)的热传导模型来建立式子，进行离散化并整理 后，时刻n+l时的工件温度Tw (n+l)变为上述式(1)，时刻n+l时的 加热器温度Th (n+l)变成上述式(2)。
设在正式运行时，作为推定对象的工件l的热容量值，对于每个工 件，其偏差都不明。设正式运行中相对于热传导模型识别时所求得的热 容量值发生了变化的热容量的变化值为热容量值变化系数kr，对基于正 式运行时的热传导模型的式子进行离散化，整理后的结果如下所示，该 热传导模型考虑了热容量值变化系数kr。
T (n+1) =T (n)十(t /k) . (a' (T (n) —T (n))
w w s r h w
—b.(T (n)—T(n))) …(20)
T (n+l)=T (n)+t '(c'MV(n)
h h s
—d.(T(n)—T (n))) …(21)
h w
观察式(21)可知，工件l的热容量的变化没有直接呈现在关于加 热器温度Th的模型式中。关于工件温度Tw，设时刻n之前的温度已知 或可以适当地推定时，关于从时刻n到时刻n+l的加热器温度Th变化 的式子成为下式。
(算式7)
Th(n + l)=Th(n)+ts.(C.MV(n)—d'(Th(n)—fw(n))) ... (2 2)
同样，关于工件温度Tw，设时刻n之前的温度已知或可以适当地 推定时，关于从时刻n+l到时刻n+2的加热器温度Th变化的式子成为 下式。
(算式8)
Th(n + 2)=Th(n+l)+ts.(C.MV(n+l)—d-(Th(ii+l)—fw(n + l)))
…(23)
式(22)、式(23)中不可测量或者未知的参数，为时刻n时的加 热器温度的推定值带帽Tw(n)(以下，同样将在字符上附加的"A" 称为带帽)、时刻n+l时的工件温度的推定值带帽Tw(n+l)。分别4吏用 1个时间点前的加热器温度来推定带帽Tw (n)、带帽Tw (n+l)。即， 设使用时刻n+l的加热器温度Th (n+l)而推定的、时刻n时的工件温 度的推定值为带帽Tw, rev ( n )时，带帽Tw, rev U )可以根据式(22 ) 如下式所示这样进行推定。
(算式9)
/1 、
Ws乂
(Th(n + 1)—Th(n))—c德(n) +Th(n)
乂
(24)
同样，设使用时刻n+2的加热器温度Th (n+2)而推定的、时刻 n+l时的工件温度的推定值为带帽Tw， rev ( n+l)时，带帽Tw, rev ( n+l) 可以根据式(23)如下式所示这样进行推定。
(算式IO)
Tw,rev(n + 1)=
+Th(n + 1)
'(Th(n + 2)—Th(n + 1》一c .MV(n +1)
(25)
此外，可以才艮据式(20)而得到以下的式(26)。(算式U)
<formula>formula see original document page 23</formula>这里，在根据式(24)、式(25)计量了时刻n+2的加热器温度Th (n+2)时，式(26)的左边的带帽Tw (n+l)-带帽T (n)部分，可 以推定为带帽Tw, rev (n+l)-带帽Tw, rev (n)。式(26)的右边，带帽 Tw ( n )在时刻n+l时可以推定为带帽Tw, rev ( n )，所以，结果是在n+2 的时间点，能够计算出时刻n时的热容量值变化系数的推定值带帽kr (n)。
由以上可知，即使在正式运行中热容量值相对于热传导模型识别时 所求得的工件1的热容量值的变化程度不明的情况下，也能计算工件温 度和工件热容量值。此外，只要模型式的l个步骤与工件热容量值的变
化相比，为足够短的间隔，则即使热容量值动态地变化，也可以进行同 样的计算。
接下来，在正式运行时，在作为温度可测量点的加热器3和作为推 定对象的工件l之间的热阻值、以及对于每个工件而言工件1的热容量 值的偏差不明的情况下，对工件温度、工件热容量值、加热器3与工件 1之间的热阻值进行推定。设正式运行中相对于热传导模型识别时所求 得的热阻值发生变化了的热阻值的变化值(准确来说，是热阻值的倒数 的变化值)为热阻值变化系数mr，如前所述，设正式运行中相对于热 传导模型识别时所求得的热容量值发生了变化的热容量值的变化值为 热容量值变化系数kr，对基于正式运行时的热传导模型的式子进行离散 化，整理后的结果如下所示，该热传导模型考虑了这些变化系数。
<formula>formula see original document page 23</formula>时刻n到时刻n+l的2个采样之间的工件温度变化量，基于识别时 的热传导模型进行推定时，如下式所示。
T (n+l)—T (n)=t '(l.a'(T (n)—T (n))
—b'(T (n)—T (n))) …(29)
将式(29)所示的工件温度变化量Tw (n+l) -Tw (n)称为工件温度变 化量的第1临时推定值。
此外，在考虑正式运行时的每个工件的热阻值及热容量值与模型识 别时的偏差时，2个采样之间的工件温度变化量为下式所示。
k (T (n+1) —T (n)) =t (m .a' (T (n) —T (n))
一b'(T (n)—T(n))) …(30)
将式(30)所示的工件温度变化量kr '(Tw (n+l) -Tw (n))称为工件 温度变化量的第2临时推定值。该第2临时推定值，是工件温度变化量 的真值(Tw (n+l) -Tw (n))放大kr倍后的值，是视工件1的热容量 值未发生变化(即，设热容量值变化系数kr为1)时的值。此外，该第 2临时推定值，也可以考虑为加热器3和工件1之间的热阻值发生变化 的值。
2个采样之间的工件温度变化量的第1临时推定值和第2临时推定 值之间的差，为式(29)的右边与式(30)右边之间的差，如下式所示。
t,(l一m)'a'(T (n)—T (n)) …(31) 同样，时刻n到时刻n+l的2个采样之间的加热器温度变化量， 在基于识别时的热传导模型进行推定时，如下式所示。
T (n+l) —T (n) =t (c'MV(n)
h h s
—l.d,(T (n)—T (n))) "(32)
将式(32)所示的加热器温度变化量Th (n+l) -Th (n)称为加热器温 度变化量的临时推定值。
此外，考虑热阻值的偏差时，加热器温度变化量如下式所示。
T (n+1) —T (n) =t, (c.MV(n)
一m'd.(T (n)—T (ft))) "(33)
将式(33)所示的加热器温度变化量Tb (n+1) -Th (n)称为加热器温 度变化量的真值。
2个采样之间的加热器温度变化量的真值与临时推定值之间的差， 为式(32)的右边与式(33)的右边之间的差，如下式所示。
t'(l一m).d.(T (n)—T (n)) ''.(34)
s r h w
在这里，认真观察式(31)、式(34),则可知下式成立。
(工件温度变化量的第1临时推定值-工件温度变化量的第2临时 推定值)/ (加热器温度变化量的真值-加热器温度变化量的临时推定值) =a/d
…(35)
即，根据实际的测量值来求2个采样之间的加热器温度变化量的真 值，计算2个釆样之间的加热器温度变化量的真值与临时推定值之间的 差，通过在所计算出的值上乘以a/d，可以求出2个抽样之间的工件温 度变化量的第1临时推定值与第2临时推定值之间的差。
基于识别时的热传导模型的2个采样之间的工件温度变化量的第1 临时推定值是可以计算的。在设2个采样之间的加热器温度变化量的真 值为ATh (n)、 2个釆样之间的加热器温度变化量的临时推定值为带帽 ATh， m。del (ii)、 2个采样之间的工件温度变化量的第1临时推定值为带 帽ATW, m。deI(n)、 2个采样之间的工件温度变化量的第2临时推定值为 带帽ATW， tmp ( n )时，如下式所示这样求取带帽ATW, tmp ( n )。 (算式12)
Afw,tmp(n)= "w,nK>delW ff|'(ATh(n)~ Af
(3 6)
时刻n+1时的工件温度的推定值带帽Tw — ( n+1 )，可以根据时刻
n时的工件温度推定值带帽Tw (n)，如下式所示这样计算得出。 (算式13)
<formula>formula see original document page 26</formula>
另一方面，在式(30)中，替代时刻n时的工件温度Tw (n)而使 用工件温度的推定值带帽Tw U),作为kr '(Tw (n+l) -Tw (n))=带 帽ATw, tmp(n),针对mr求解时，时刻n时的热阻值变化系数mr的推 定值带帽mr (n)可以利用下式求得。
(算式14)<formula>formula see original document page 26</formula>
式(38)，表示只要时刻n的工件温度推定值带帽Tw (n)似乎可 靠，则即使不知道热容量值变化系数kr，也能推定出热阻值变化系数 mr。
接下来，使用式(33)，根据时刻n至时刻n+l的2个采样之间的 加热器温度变化量的真值ATh ( n ) =Th ( n+l) - Th ( n )、和利用式(38 ) 求得的时刻n时的热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)，反向求出 时刻n时的工件温度的推定值带帽Tw, rev ( n )。
(算式15)
<formula>formula see original document page 26</formula>
接下来，在下一个釆样时刻的计量步骤中，同样地使用时刻n+l到 时刻n+2的2个采样之间的加热器温度变化量的真值ATh (n+l) =Th
(n+2) - Th (n+l)，反向求出时刻n+l时的加热器温度的推定值带帽
T
(算式16)
Tw,rev(n + 0:
^±D—c.MV(n+1)、
t
s
-Th(n+1)
(40)
当温度推定的计算周期与热阻值的变化速度相比足够快的情况下，
由于时刻n+l时的热阻值变化系数mr的推定值带帽mr(n+l)、和时刻 n时的推定值带帽mr (n)为基本相同的值，所以，在式(40)中，替 代带帽mr (n+l)而使用时刻n时的热阻值变化系数mr的推定值带帽 mr(n)。即，在本实施例中，是设热传导模型式在轮回2个采样周期左 右的短暂时间内热阻值不变化，而推定工件温度的。
如式(41)所示那样，求取式(40)所示的时刻n+l时的工件温度 的推定值带帽Tw, rev(n+l)、与式(39)所示的时刻n时的工件温度的 推定值带帽Tw ( n )之差，作为时刻n至时刻n+l的2个采样之间的工 件温度变化量的第3临时推定值带帽ATW, rev U )，。
(算式17)
A亍w，断(n)-个w，rev(n + l)-iw(n) ….(4 1)
利用式(36 )所求得的工件温度变化量的第2临时推定值带帽ATW, tmp ( n ),为带帽ATw'tmp (n) =kr'(Tw (n+l)-Tw (n))，以带帽ATW, rev ( n )替代该(Tw ( n+l) - Tw ( n ))，针对kr进行求解时，时刻n时 的热容量值变化系数kr的推定值带帽kr( n )可以如下式所示这样求得。
(算式18)
(42)
此外，若设工件温度变化量的第3临时推定值带帽ATW, rev ( n )大致等于时刻n至时刻n+l的2个采样之间的工件温度变化量的真值的推 定值带帽ATw时，则时刻n+l时的工件温度的真值的推定值带帽ATW U+l)可以利用反向求解式(41)的下式来计算。
(算式19)
<formula>formula see original document page 28</formula>以下，通过反复进行同样的运算，可以继续计算出热阻值、热容量 值、以及温度推定值的各个步骤的推定值。
接下来，对基于以上那样的原理的本实施例的温度推定装置50的 动作进行说明，如图10所示，本实施例的温度推定装置50具有存储 部600、温度测量部601、工件温度变化量推定部602、工件温度推定部 603、热阻值变化系数推定部604、以及热容量值变化系数推定部605。 该存储部600预先存储所识别出的热传导模型的参数、测量数据和计算 数据。
使用图11,对本实施例的温度推定装置50的动作进行说明。首先， 温度测量部601,在正式运行前的初始状态下，取得由温度传感器4测 量出的加热器温度Th、由环境温度传感器6测量出的环境温度Te、由 仅可在初始状态下使用的温度传感器测量出的工件温度Tw。存储部600 存储温度测量部601所取得的加热器温度Th、环境温度Te、工件温度 Tw (图11步骤S10 )。
接下来，正式运行开始，温度测量部601取得当前时刻n+l时的加 热器温度Th ( n+l)和环境温度Te ( n+l )。存储部600存储温度测量部 601所取得的加热器温度Th ( n+l)和环境温度Te ( n+l)(步骤Sll )。
然后，在当前时刻n+l为运行开始后的最初采样时刻的情况下(步 骤S12中为否)，进入步骤S13，在当前时刻n+l为运行开始后的第2 个以后的采样时刻的情况下(步骤S12中为是)，进入步骤S15。
在这里，由于是最初采样时刻，所以工件温度变化量推定部602， 参照存储部600所存储的值，计算当前时刻n+l的加热器温度Th( n+l)
与l个采样前的时刻n的加热器温度Th (n)之间的差，即、计算2个 采样之间的加热器温度变化量的真值ATh (n)，并利用式(32)计算2 个采样之间的加热器温度变化量的临时推定值带帽ATh, m。del ( n )，利用 式(29 )计算2个采样之间的工件温度变化量的第1临时推定值带帽ATW, m。del (n),根据这些计算值，利用式(36)计算时刻n至时刻n+l的2 个釆样之间的工件温度变化量的第2临时推定值带帽ATW, tmp ( n )(步 骤S13 )。存储部600存储该工件温度变化量的第2临时推定值带帽ATW, tmp (n)。
此时，在当前时刻n+l为运行开始后的最初采样时刻的情况下，式 (29)、式(32)中的加热器温度Th (n)为初始状态下所测量的温度， 工件温度Tw (n)为初始状态下所测量的温度或者利用其他部位的温度 近似的温度。此外，式(32)中的控制器输出值MV (n)是在时刻n 时由控制装置51所计算出的值，不过，在当前时刻n+l为运行开始后 的最初采样时刻的情况下，为初始状态下所输出的值。
接下来，热阻值变化系数推定部604，根据存储部600所存储的工 件温度变化量的第2临时推定值带帽ATW, tmp ( n )、时刻n时的工件温 度的推定值带帽Tw ( n )、加热器温度Th ( n )以及环境温度Te ( n )， 利用式(38)计算时刻n时的热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n) (步骤S14)。存储部600存储该热阻值变化系数mr的推定值带帽mr (n)。并且，在当前时刻n+l为运行开始后的最初采样时刻的情况下， 作为工件温度的推定值带帽Tw(n)，使用在初始状态下所测量出的或 利用其他部位的温度近似的工件温度Tw。
接下来，对经过l个采样周期，当前时刻n+l成为运行开始后的第 2个采样时刻时的动作进行说明。步骤Sll的处理如上所述。
当前时刻n+2为运行开始后的第2个釆样时刻时，工件温度推定部 603,根据2个采样之间的加热器温度变化量的真值ATh (n+l)、热阻 值变化系数推定部604所计算出的热阻值变化系数m r的推定值带帽mr
(n)、加热器温度Th (n)和控制器输出值MV ( n ),利用式(40 )来 计算1个周期之前的时刻n+l时的工件温度的推定值带帽Tw, rev(n+l)
(步骤S15)。
在当前时刻n+2为运行开始后的第2个釆样时刻的情况下，利用式
(41),根据已经求得的时刻n的工件温度的真值的推定值带帽Tw ( n ) 以及时刻ii+l的工件温度的推定值带帽Tw, rev (n+1)来计算工件温度 变化量的第3临时推定值ATW， rev (n)。另外，才艮据式(43)求工件温 度的真值的推定值带帽Tw (n+l)。存储部600存储工件温度的推定值 带帽Tw, rev (ii+l)和工件温度的真值的推定值带帽Tw ( n+1 )。
然后，热容量值变化系数推定部605,根据工件温度变化量推定部 602所计算出的工件温度变化量的第2临时推定值带帽ATW, tmp (n)和 工件温度推定部603所计算出的工件温度变化量的第3临时推定值带帽 ATW, rev ( n )，利用式(42 )来计算2个周期之前的时刻n时的热容量值 变化系数kr的推定值带帽kr ( n )(步骤S16 )。存储部600存储该热容 量值变化系数kr的推定值kr (n)。
以下，同样地在加热冷却处理装置的动作停止之前(步骤S17中为 是)，在每个釆样时刻都反复进行步骤S11 S16的处理。在当前时刻不 是运行开始后的最初釆样时刻的情况下，加热器温度Th (n)和环境温 度Te(n)为l个采样之前所取得的值，作为式(29)、式(32)的工件 温度Tw (n)，式(38)、式(43)的工件温度的真值的推定值带帽Tw (n),使用利用l个时间点之前的加热器温度Th(n+l)而计算出的值。
控制器5的控制装置51，与这样的温度推定装置50的动作并行地 取得温度推定装置50所计算出的时刻n时的工件温度的真值的推定值 带帽Tw (ii)，并计算控制器输出值MV,使得该工件温度的推定值和 目标温度一致，并在时刻n+2以后，作为MV (n+i)向加热器3输出 (i>l)。
如以上那样，在本实施例中，即使不能直接测量工件l的温度、并 且工件1和加热器3之间的热阻值及工件1的热容量值不明、热阻值和 热容量值随每个工件1的不同而存在偏差，或者在正式运行中热阻值和 热容量值从热传导模型识别时的值发生了变化的情况下，也能迅速且精 度优良地推定工件l的温度。此外，在本实施例中，能够迅速且精度优 良地计算出工件1和加热器3之间的热阻值的变化以及工件1的热容量 值的变化。
此外，在本实施例中，即使不知道热阻值的变化量以及热容量值的 变化量，也能迅速且精度优良地推定工件温度，所以，在温度推定中热
阻值以及热容量值发生了变化的情况下，也能即时推定工件温度，利用 其还能计算出连续变化的热阻值以及热容量值。此外，在本实施例中， 在时间轴方向上仅进行少数几个采样的数值计算，在温度推定运算中未 使用数值解析和统计运算，所以计算负担轻，从而也可以安装处理能力 弱的处理器。
另外，在本实施例中，工件温度变化量的第2临时推定值、与根据 在多个采样时刻所推定的工件温度而求得的工件温度变化量的第3临时 推定值之比，为从热传导模型识别时发生了变化的、工件l的热容量值 的变化值，据此，即使在工件1的热容量值不明、热容量值随每个工件 的不同而存在偏差，或者在加热冷却处理中热容量值从热传导模型识别 时的值发生了变化的情况下，也能迅速且精度优良地计算出工件1的热 容量值。再有，在本实施例中，即使在加热冷却处理装置的温度控制处 理器中，也能以足以进行实时处理的程度的简单运算来进行热容量值变 化系数推定处理。
图12~图18表示本实施例的效果。图12、图13、图16是表示本实 施例的工件温度的推定结果和工件温度的实测值的一个例子的图，图 14、图17是表示本实施例的热阻值变化系数的推定结果和热阻值变化 系数的实测值的一个例子的图，图15、图18是表示本实施例的热容量 变化系数的推定结果与热容量值变化系数的实测值的一个例子的图。并 且，图12~图18所示的实测值，全部为通过仿真而计算出的值，不过， 在这里为了简化记栽而全部称为实测值。
在图12~图15的例子中，假定了工件1和加热器3之间的热阻值以 及工件1的热容量值在正式运行中从模型识别时的值发生了变化，并变 为固定值的情况，由图可知，工件温度的推定值带帽Tw和工件温度的 实测值Tw充分一致，热阻值变化系数的推定值带帽mr和热阻值变化系 数的实测值mr充分一致，此外热容量值变化系数的推定值带帽b和热 容量值变化系数的实测值kr也充分一致，从而能迅速且精度优良地推定 工件温度、热阻值变化系数、以及热容量值变化系数。
此外，在图16~图18的例子中，假定了工件1和加热器3之间的热 阻值以及工件1的热容量值在温度推定中持续变化的情况，由图可知， 工件温度、热阻值变化系数、以及热容量值变化系数的各推定值与各自
的实测值充分一致，能够迅速且精度优良地推定工件温度、热阻值变化 系数、以及热容量值变化系数。
在本实施例中，加热器温度变化量的实测值(真值)与基于热传导 模型的加热器温度变化量的临时推定值之间的差，和基于热传导模型的
工件温度变化量的第1临时推定值与工件温度变化量的第2临时推定值 之间的差，呈以a/d表示的固定关系。
此外，在本实施例中，设工件l为推定对象、加热器3为温度可测 量点，但是相反，在工件温度可测量、加热器温度不可测量时，在时刻 n时的工件温度推定式(式(44))的基础上，使用1个采样之后的工 件温度推定式(式(45 ))，并进一步使用时刻n+l时的热容量值变化系
数kr的推定值带帽kr U+l)与时刻Il时的推定值带帽kr (II)大致相
等、时刻n+l时的热阻值变化系数mr的推定值带帽mr ( n+l)与时刻 n时的推定值带帽mr (n)大致相等的关系，可以如式(46)那样计算 出时刻n+l时的加热器温度的真值的推定值带帽Th ( n+l )。
(算式20)
Tw(n + l)=Tw(n)+
广
(Ar(n).a.(Th(n)—Tw(n》-b.(Tw(n)—Te(n)
(44)
(算式21)
Tw(n + 2)=Tw(n + l) +
.(Ar a (Th(n +1)—Tw(n + l))-b. (Tw(n + 1)—Te(n +1)))
…(4 5)
(算式22)
fh(n + l)=Th(n)+ts.(C.MV(n)-mr(n).d.(Th(n)—Tw(n)))
(46)
对于感应加热装置等而言，由于在工件侧产生热量，所以可以将工
件看做加热源，并且往往不可测量工件温度。在这种情况下，设工件温
度为Tw、装置可测量点的温度为Th，使用式(46)来推定工件温度的 方法是适当的。
此外，在本实施例中，温度测量要素仅为加热器温度、工件温度和 环境温度，不过，在正式运行中模型从模型识别时发生的变化只是加热 器3与工件1之间的热阻值、和工件l的热容量值的情况下，即使在热 传导模型式上追加其他的可测量点，式子的未知量的数量也不变，所以， 其结果是可以导出式(35)，从而可以应用相同的方法。
再有，在本实施例中，以加热器温度直接受控制器输出值的影响的 方式进行模型化，不过，如下述的式(47)所示，控制器的输出与加热 器之间也可以插入其他的模型要素。在式(47)中，设模型要素p的温 度为Tp(n)。只要可以测量温度Tp (n)，则此前的讨论内容可以原封 不动地使用。<formula>formula see original document page 33</formula>
此外，在实施例1和实施例2中，使用环境温度传感器6来测量环 境温度，不过，在环境温度可看做一定值的情况下，不测量环境温度， 而使用固定值进行计算，也不会影响计算方法。
另外，在实施例1和实施例2中，没有考虑温度测量值的测量误差， 但是，如果将使用以下滤波器来消除了测量误差的结果考虑为温度测量 值，则不失讨论内容的一般性，该滤波器是与温度变化倾向和热阻值变 化速度相比足够快的滤波器。
另外，在实施例1和实施例2中，主要针对加热处理进行了记载， 不过，在冷却处理中也可以应用本发明。
(产业上的可利用性)
本发明能够应用到半导体制造装置等加热冷却处理装置中。
权利要求
1.一种温度推定方法，其特征在于，具有测量步骤，测量与推定对象之间具有热阻的温度可测量点的温度；温度变化量推定步骤，根据上述温度可测量点的温度变化量、温度可测量点的温度变化量临时推定值、和推定对象的温度变化量临时推定值，来推定上述推定对象的温度变化量的真值，其中，上述温度可测量点的温度变化量是根据上述温度可测量点的温度而求得的，温度可测量点的温度变化量临时推定值是基于关于上述温度可测量点和上述推定对象的热传导模型来推定上述温度可测量点的温度变化量而得到的值，推定对象的温度变化量临时推定值是基于上述热传导模型来推定上述推定对象的温度变化量而得到的值；以及温度推定步骤，根据在该温度变化量推定步骤中所推定的温度变化量的真值，来推定上述推定对象的温度的真值。
2. 根据权利要求l所述的温度推定方法，其特征在于，上述温度变化量推定步骤包括下述步骤利用上述温度可测量点的 温度变化量的实测值与上述温度可测量点的温度变化量临时推定值之 间的差、和上述推定对象的温度变化量临时推定值与上述推定对象的温 度变化量的真值之间的差存在一定关系，来推定上述推定对象的温度变 化量的真值。
3. 根据权利要求l所述的温度推定方法，其特征在于，还具有热阻值变化系数推定步骤，在该热阻值变化系数推定步骤 中，根据上述推定对象的温度的真值和上述热传导模型，来推定上述温 度可测量点与上述推定对象之间的热阻的变化值。
4. 一种温度推定装置，其特征在于，具有存储部，存储关于温度可测量点和推定对象的热传导模型的参数， 该温度可测量点与上述推定对象之间具有热阻；温度测量部，测量上述温度可测量点的温度；温度变化量推定部，根据上述温度可测量点的温度变化量、温度可 测量点的温度变化量临时推定值、和推定对象的温度变化量临时推定 值，来推定上述推定对象的温度变化量的真值，其中，上述温度可测量 点的温度变化量是根据上述温度可测量点的温度而求得的，温度可测量 点的温度变化量临时推定值是基于上述热传导模型来推定上述温度可 测量点的温度变化量而得到的值，推定对象的温度变化量临时推定值是基于上述热传导模型来推定上述推定对象的温度变化量而得到的值；以 及温度推定部，根据由该温度变化量推定部所推定的温度变化量的真 值来推定上述推定对象的温度的真值。
5. 根据权利要求4所述的温度推定装置，其特征在于，上述温度变化量推定部，利用上述温度可测量点的温度变化量的实 测值与上述温度可测量点的温度变化量临时推定值之间的差、和上述推 定对象的温度变化量临时推定值与上述推定对象的温度变化量的真值 之间的差存在一定关系，来推定上述推定对象的温度变化量的真值。
6. 根据权利要求4所述的温度推定装置，其特征在于，还包括热阻值变化系数推定部，该热阻值变化系数推定部根据上述 推定对象的温度的真值和上述热传导模型，来推定上述温度可测量点与 上述推定对象之间的热阻的变化值。
7. —种温度推定方法，其特征在于，具有测量步骤，测量与推定对象之间具有热阻的温度可测量点的温度；温度变化量推定步骤，根据上述温度可测量点的温度变化量的实测 值、上述温度可测量点的温度变化量临时推定值、和上述推定对象的温 度变化量第1临时推定值，来求取上述推定对象的温度变化量第2临时 推定值，上述推定对象的温度变化量第2临时推定值是视上述推定对象 的热容量值未发生变化时的值，其中，上述温度可测量点的温度变化量 的实测值是根据上述温度可测量点的温度而求得的，上述温度可测量点 的温度变化量临时推定值是基于关于上述温度可测量点和上述推定对 象的热传导模型进行推定而得到的值，上述推定对象的温度变化量第1临时推定值是基于上述热传导模型进行推定而得到的值；热阻值变化系数推定步骤，根据上述推定对象的温度变化量第2临 时推定值和上述热传导模型来推定上述热阻值的变化值；以及温度推定步骤，根据不同采样时刻的上述温度可测量点的温度、和 上述热阻值的变化值来推定上述推定对象的温度的真值。
8. 根据权利要求7所述的温度推定方法，其特征在于，上述温度变化量推定步骤还包括下述步骤利用上述温度可测量点的温度变化量的实测值与上述温度可测量点的温度变化量临时推定值 之间的差、和上述推定对象的温度变化量第1临时推定值与上述推定对象的温度变化量第2临时推定值之间的差存在一定关系，来推定上述推 定对象的温度变化量第2临时推定值。
9. 根据权利要求7所述的温度推定方法，其特征在于，还具有热容量值变化系数推定步骤，在该热容量值变化系数推定步 骤中，根据上述推定对象的温度变化量第3临时推定值和上述温度变化 量第2临时推定值来推定上述推定对象的热容量值的变化值，上述推定 对象的温度变化量第3临时推定值是根据在多个采样时刻所推定的上述 推定对象的温度而求得的。
10. —种温度推定装置，其特征在于，具有存储部，存储关于温度可测量点和推定对象的热传导模型的参数， 该温度可测量点与上述推定对象之间具有热阻；温度测量部，测量上述温度可测量点的温度；温度变化量推定部，根据上述温度可测量点的温度变化量的实测 值、上述温度可测量点的温度变化量临时推定值、和上述推定对象的温度变化量第1临时推定值，来求取上述推定对象的温度变化量第2临时 推定值，上述推定对象的温度变化量第2临时推定值是视上述推定对象 的热容量值未发生变化时的值，其中，上述温度可测量点的温度变化量 的实测值是根据上述温度可测量点的温度而求得的，上述温度可测量点 的温度变化量临时推定值是基于上述热传导模型进行推定而得到的值，上述推定对象的温度变化量第1临时推定值是基于上述热传导模型进行推定而得到的值；热阻值变化系数推定部，根据上述推定对象的温度变化量第2临时 推定值和上述热传导模型来推定上述热阻值的变化值；以及温度推定部，根据不同釆样时刻的上述温度可测量点的温度、和上 述热阻值的变化值来推定上述推定对象的温度的真值。
11. 根据权利要求10所述的温度推定装置，其特征在于，上述温度变化量推定部，利用上述温度可测量点的温度变化量的实 测值与上述温度可测量点的温度变化量临时推定值之间的差、和上述推 定对象的温度变化量第1临时推定值与上述推定对象的温度变化量第2 临时推定值之间的差存在一定关系，来推定上述推定对象的温度变化量 第2临时推定值。
12. 根据权利要求10所述的温度推定装置，其特征在于，还具有热容量值变化系数推定部，该热容量值变化系数推定部根据 上述推定对象的温度变化量第3临时推定值和上述温度变化量第2临时 推定值来推定上述推定对象的热容量值的变化值，上述推定对象的温度 变化量第3临时推定值是根据在多个采样时刻所推定的上述推定对象的 温度而求得的。
全文摘要
本发明提供一种温度推定方法及装置。温度推定装置(50)具有存储部，存储关于加热器(3)和工件(1)的热传导模型的参数；温度测量部，测量加热器(3)的温度；工件温度变化量推定部，根据加热器(3)的温度变化量、加热器温度变化量的临时推定值、和工件温度变化量的临时推定值，来推定工件温度变化量的真值，其中，加热器(3)的温度变化量是根据加热器(3)的温度而求得的，加热器温度变化量的临时推定值是基于热传导模型来推定加热器(3)的温度变化量而得到的值，工件温度变化量的临时推定值是基于热传导模型来推定工件(1)的温度变化量而得到的值；以及工件温度推定部，根据所推定的工件温度变化量的真值来推定工件温度的真值。
文档编号H01L21/205GK101360983SQ200680051289
公开日2009年2月4日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年1月19日
发明者大野忠久, 本桥勇人 申请人:株式会社山武