説明

推定用多項式生成装置、推定装置、推定用多項式生成方法および推定方法

【課題】外挿領域において非現実的な推定値を算出する確率を低減する。
【解決手段】推定用多項式生成装置は、入力パラメータのデータと出力パラメータのデータとの組からなる分析用データを記憶する分析用データ記憶部1と、入力パラメータの特殊点を記憶する特殊点情報記憶部2と、分析用データを用いて低次の推定用多項式を算出する低次推定用多項式算出部3と、この推定用多項式を用い、各入力パラメータの特殊点から出力パラメータ値を推定する特殊点推定値算出部4と、各入力パラメータの特殊点と特殊点推定値算出部4が算出した出力パラメータ値との組を分析用データとして、分析用データ記憶部1に記憶されている分析用データに追加し、追加したデータを含む分析用データを用いて高次の推定用多項式を算出する高次推定用多項式算出部5とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、状態量などの出力パラメータ値を推定するための推定用多項式を算出する推定用多項式生成装置、推定用多項式を用いて状態量などを推定する推定装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体製造装置、FPD(Flat Panel Display)製造装置、あるいは太陽電池製造装置における熱プロセスやプラズマプロセスでは、ウエハやガラスの表面温度(実体温度)などの重要な状態量を処理プロセスの実行中にオンラインで管理、制御したいという要求がある。しかしながら、ウエハやガラスの表面に温度センサを装着したまま処理を行なうことは困難である。
【0003】
そこで、処理プロセスの実行中に測定可能な箇所の温度と処理プロセスの実行中には測定不可能なウエハやガラスの表面温度(実体温度)との関係をオフラインで予め調査し、処理プロセスの実行時には測定可能な温度と予め把握した関係に基づき、ウエハやガラスの表面温度(実体温度)を推定することにより、重要な状態量をオンラインで管理、制御するようにしている。このような場合に、オフラインの調査で得られる測定可能な温度とウエハやガラスの表面温度(実体温度)の計測データ(分析用データ)に対して、多変量解析手法を適用することにより、測定可能な温度とウエハやガラスの表面温度の数値的関係を近似推定する多項式を求める手法(多項式による状態量推定)が広く実施されている(例えば特許文献1参照)。多変量解析手法を用いる場合、処理プロセスの実行中に測定可能な温度は、多項式の入力パラメータに位置付けられる。一方、推定対象であるウエハやガラスの表面温度(実体温度)は、多項式の出力パラメータに位置付けられる。
【0004】
【特許文献1】特開平5−141999号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
状態量推定の対象は、多くの場合、入力パラメータと出力パラメータとが単純な線形関係にはない。したがって、状態量推定の精度を向上させたい場合には、多変量解析により求める推定用多項式を高次化しなければならない。このとき、予め得られている分析用データの入力パラメータ側のパラメータ空間には、分析用データの範囲内で出力パラメータ値を推定する内挿領域と、分析用データの範囲外で出力パラメータ値を推定する外挿領域とが存在することになる。推定用多項式を高次化する場合、内挿領域での精度が向上しやすくなるが、外挿領域において非現実的な推定値を算出する多項式になる確率が高い。
【0006】
説明を簡単にするため、入力パラメータを1個と仮定する。入力パラメータXと出力パラメータYの組み合わせ(X,Y)が、A(1.6,20.024)、B(2.0,21.000)、C(2.4,23.304)、D(2.8,27.272)、E(3.2,33.288)、F(3.5,39.375)となっているA〜Fの6組の値が分析用データとして得られているものとする。このときのA〜Fの6組の分析用データの分布を図8に示す。
【0007】
このときの分析用データの特徴であるが、仮にこの入出力パラメータ(X,Y)の物理的な関係を考えれば、常識的に単調増加の関係にあり、かつX=0の場合はほぼY=0になることは予想できるものとする。すなわち、入出力パラメータ(X,Y)が図9のような関係にあることが知識的に想像できるものと仮定する。このような関係がある場合においても、データ収集条件などの都合上、X=0付近のデータが得られないという状況は、半導体製造などの現場では頻繁に発生する。
ここで、A〜Fのデータの組を用いて、入出力パラメータ(X,Y)の関係を高精度に再現する3次多項式を多変量解析などにより求めると、例えば以下のような数式が得られることになる。
Y=X3−2.0X2+21.0 ・・・(1)
【0008】
式(1)の3次多項式により図10に示す3次曲線220が得られる。一方、221は前述のような常識的な仮定から得られる入出力パラメータ(X,Y)の関係を示す曲線である。図10に示すように、式(1)の3次多項式はA〜Fのデータと高精度に適合している。ただし、この3次多項式によると、X=0付近の点としてS(0.0,21.000)が得られ、X=0のときにY=0とはなっていない。すなわち、入力パラメータXのパラメータ空間には、1.6≦X≦3.5の内挿領域とこれ以外の外挿領域とが存在するが、式(1)の3次多項式は外挿領域において非現実的な推定値を算出する式になっているということである。
【0009】
このように推定用多項式が非現実的な推定値を算出してしまうという状況を見落として、例えば半導体製造プロセスにおけるオンラインでの温度推定などを実施すると、高精度の推定が期待できる領域(内挿領域)と、非現実的な推定を行なう領域(外挿領域)とが生じることになる。この場合、非現実的な温度推定を行なう領域では、製造プロセスに大きな悪影響を及ぼしてしまう可能性があった。
【0010】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、分析用データを用いて推定用多項式を求め、推定用多項式を用いて状態量などの推定を行なう場合に、外挿領域において非現実的な推定値を算出する確率を低減することができる推定用多項式生成装置、推定装置、推定用多項式生成方法および推定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】
【0011】
本発明の推定用多項式生成装置は、入力パラメータのデータとこれに対応する出力パラメータのデータとの組からなる分析用データを予め記憶する分析用データ記憶手段と、前記入力パラメータの特殊点を入力パラメータ毎に予め記憶する特殊点情報記憶手段と、前記分析用データを用いて、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する低次の推定用多項式を算出する低次推定用多項式算出手段と、この低次推定用多項式算出手段が算出した推定用多項式を用い、前記特殊点情報記憶手段に記憶されている各入力パラメータの特殊点から出力パラメータ値を推定する特殊点推定値算出手段と、前記特殊点情報記憶手段に記憶されている各入力パラメータの特殊点と前記特殊点推定値算出手段が算出した出力パラメータ値との組を分析用データとして、前記分析用データ記憶手段に記憶されている分析用データに追加し、この追加したデータを含む分析用データを用いて、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する高次の推定用多項式を算出する高次推定用多項式算出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、推定用多項式生成装置の1構成例において、前記高次推定用多項式は3次であり、前記低次推定用多項式は1次であることを特徴とするものである。
また、推定用多項式生成装置の1構成例において、前記入力パラメータの特殊点は、入力パラメータ空間の上下限値を与える点であることを特徴とするものである。
また、本発明の推定装置は、前記入力パラメータ値を取得する入力パラメータ値取得手段と、推定用多項式生成装置の高次推定用多項式算出手段が算出した推定用多項式を用い、前記入力パラメータ値取得手段が取得した入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する多項式推定演算手段とを備えることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の推定用多項式生成方法は、入力パラメータのデータとこれに対応する出力パラメータのデータとの組からなる分析用データを予め記憶する分析用データ記憶手段から前記分析用データを取得して、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する低次の推定用多項式を算出する低次推定用多項式算出手順と、この低次推定用多項式算出手順で算出した推定用多項式を用い、特殊点情報記憶手段に予め記憶されている各入力パラメータの特殊点から出力パラメータ値を推定する特殊点推定値算出手順と、前記特殊点情報記憶手段に記憶されている各入力パラメータの特殊点と前記特殊点推定値算出手順で算出した出力パラメータ値との組を分析用データとして、前記分析用データ記憶手段に記憶されている分析用データに追加し、この追加したデータを含む分析用データを用いて、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する高次の推定用多項式を算出する高次推定用多項式算出手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の推定方法は、前記入力パラメータ値を取得する入力パラメータ値取得手順と、高次推定用多項式算出手順で算出された推定用多項式を用い、前記入力パラメータ値取得手順で取得した入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する多項式推定演算手順とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、分析用データを用いて低次の推定用多項式を算出し、外挿領域の特殊点を入力パラメータ値として低次の推定用多項式により出力パラメータ値を推定し、この入力パラメータ値と算出した出力パラメータ値との組を分析用データとして既存の分析用データに追加し、追加したデータを含む分析用データを用いて高次の推定用多項式を算出するようにしたので、既存の分析用データの範囲外で出力パラメータ値を推定する外挿領域において、非現実的な推定値を算出する確率を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
[発明の原理]
外挿領域において非現実的な推定値が算出される原因は、内挿領域の推定精度を向上しようとして次数を高くするところにある。逆に言えば、外挿領域の推定を現実的なものに抑えようとするのであれば、内挿領域の推定精度を低下させることを代償として次数を低くすればよい。例えば図8に示したデータの分布において1次多項式を採用するならば、以下のような数式が得られる。
Y=10.24X+0.52 ・・・(2)
【0015】
式(2)により与えられる入出力パラメータ(X,Y)の関係を図1に示す。ここで、仮に外挿領域であったとしても、実際のオンラインでの状態量推定の段階において入力パラメータ値の取得し得る数値の範囲は予め特定できるものであり、特にその場合の入力パラメータの上下限値あるいは特殊点の数値も予め具体的に特定できることに発明者は着眼した。
【0016】
そこで、低次の推定用多項式を一旦求め、外挿領域の特殊点(入力パラメータ空間の上下限など)を入力パラメータ値として低次の推定用多項式により推定値を算出し、この入力パラメータ値と算出した推定値(出力パラメータ値)との組を分析用データとして既存の分析用データに追加し、この追加したデータを含む分析用データを用いて改めて高次の推定用多項式を多変量解析により求めることに想到した。これにより、外挿領域において非現実的な推定値を算出する確率を低減できるように推定用多項式を与えることが可能になる。
【0017】
例えば図8に示したデータの分布において、入力パラメータXの特殊点として入力パラメータXが取り得る値の下限値X=0.0を選び、式(2)に示した1次多項式により推定値を算出すると、Y=0.52が得られる。そして、A〜Fの6組の分析用データに(0.0,0.52)を加え、7組の分析用データに対して多変量解析を行うことにより3次多項式を求めると、以下のような数式が得られる。
Y=2.11X3−11.55X2+25.65X+0.02 ・・・(3)
【0018】
式(3)の3次多項式により図2に示す3次曲線222が得られる。220は式(1)の3次多項式により得られる3次曲線、221は常識的な仮定から得られる入出力パラメータ(X,Y)の関係を示す曲線である。3次曲線222によると、特殊点X=0.0における推定値が、3次曲線220上の非現実的な値から常識的な値へと改善されていることが分かる。
【0019】
なお、本発明を適用する対象は、入出力関係が単調であること、すなわち入力パラメータが複数の場合であっても各入力パラメータと出力パラメータとの関係が単調増加か単調減少であることが期待できる対象が好ましい。高次の推定用多項式は3次あるいは5次ぐらいとし、低次の推定用多項式は1次程度とすることが適当である。
【0020】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図3は本発明の第1の実施の形態に係る推定用多項式生成装置の構成を示すブロック図である。
図3の推定用多項式生成装置は、分析用データ記憶部1と、特殊点情報記憶部2と、低次推定用多項式算出部3と、特殊点推定値算出部4と、高次推定用多項式算出部5とからなる。
【0021】
図3の推定用多項式生成装置の動作を図4のフローチャートを参照して説明する。分析用データ記憶部1は、入力パラメータのデータとこれに対応する出力パラメータのデータとの組からなる分析用データを予め記憶している。入力パラメータの例としては、例えば半導体製造装置の熱プロセスやプラズマプロセスなどのプロセスの実行中に測定可能な温度がある。出力パラメータの例としては、プロセスの実行中に測定不可能なウエハやガラスの表面温度(実体温度)がある。分析用データは、処理プロセスよりも前に行われるオフラインの調査で予め求めることができる。
【0022】
低次推定用多項式算出部3は、分析用データ記憶部1から分析用データを取得し(図4ステップS1)、この分析用データに対して多変量解析などを行い、入力パラメータ値から出力パラメータ値を推定する低次の推定用多項式を算出する(ステップS2)。
次に、特殊点情報記憶部2は、入力パラメータの特殊点を入力パラメータ毎に予め記憶している。特殊点の例としては、例えば各入力パラメータについて想定される上下限値がある。
【0023】
特殊点推定値算出部4は、低次推定用多項式算出部3が算出した低次の推定用多項式を用い、特殊点情報記憶部2に記憶されている各入力パラメータの特殊点から出力パラメータ値を推定する(ステップS3)。
高次推定用多項式算出部5は、特殊点情報記憶部2に記憶されている各入力パラメータの特殊点と特殊点推定値算出部4が算出した推定値(出力パラメータ値)との組を分析用データとして、分析用データ記憶部1に記憶されている既存の分析用データに追加し(ステップS4)、この追加したデータを含む分析用データに対して多変量解析などを行い、入力パラメータ値から出力パラメータ値を推定する高次の推定用多項式を算出する(ステップS5)。こうして、推定用多項式生成装置の動作が終了する。
【0024】
以上のように、本実施の形態では、入力パラメータの特殊点を重視した推定用多項式の算出を行うようにしたので、この推定用多項式を用いて出力パラメータ値を推定する際に、外挿領域において非現実的な推定値を算出する確率を低減することができる。
【0025】
[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。図5は本発明の第2の実施の形態に係る推定用多項式生成装置の構成を示すブロック図であり、図3と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第1の実施の形態の具体例を説明するものであり、推奨例に従って、高次の推定用多項式を3次とし、低次の推定用多項式を1次とし、入力パラメータの特殊点を各入力パラメータについて想定される上下限値としたものである。
【0026】
図5の推定用多項式生成装置は、分析用データ記憶部1と、図3の特殊点情報記憶部2に相当する上下限点情報記憶部2aと、低次推定用多項式算出部3に相当する1次推定用多項式算出部3aと、特殊点推定値算出部4に相当する上下限点推定値算出部4aと、高次推定用多項式算出部5に相当する3次推定用多項式算出部5aとからなる。
【0027】
図5の推定用多項式生成装置の動作を図6のフローチャートを参照して説明する。1次推定用多項式算出部3aは、分析用データ記憶部1から分析用データを取得し(図6ステップS1)、この分析用データに対して多変量解析などを行い、1次の推定用多項式を算出する(ステップS2a)。
上下限点情報記憶部2aは、入力パラメータについて想定される上下限値を入力パラメータ毎に予め記憶している。
【0028】
上下限点推定値算出部4aは、1次推定用多項式算出部3aが算出した1次の推定用多項式を用い、上下限点情報記憶部2aに記憶されている各入力パラメータの上下限値から出力パラメータ値を推定する(ステップS3a)。ここでは、各入力パラメータの上限値に対する出力パラメータ値と、各入力パラメータの下限値に対する出力パラメータ値の2つが算出される。
【0029】
3次推定用多項式算出部5aは、上下限点情報記憶部2aに記憶されている各入力パラメータの上下限値と上下限点推定値算出部4aが算出した推定値(出力パラメータ値)との組を分析用データとして、分析用データ記憶部1に記憶されている既存の分析用データに追加する(ステップS4a)。ここでは、各入力パラメータの上限値とこれらの上限値に対応する推定値の組と、各入力パラメータの下限値とこれらの下限値に対応する推定値の組の2組の分析用データが追加される。
【0030】
そして、3次推定用多項式算出部5aは、追加したデータを含む分析用データに対して多変量解析などを行い、3次の推定用多項式を算出する(ステップS5a)。こうして、推定用多項式生成装置の動作が終了する。
なお、本実施の形態は推奨例を示すものであるが、本発明は本実施の形態の構成に限らないことは言うまでもない。
【0031】
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図7は本発明の第3の実施の形態に係る推定装置の構成を示すブロック図である。
図7の推定装置は、第1、第2の実施の形態のいずれかの推定用多項式生成装置で算出された推定用多項式を用いて推定値を算出するオンラインの段階で使用されるものであり、推定用多項式記憶部11と、入力パラメータ値取得部12と、多項式推定演算部13と、推定値出力部14とからなる。なお、推定装置は、第1、第2の実施の形態のいずれかの推定用多項式生成装置を内部に有するものであってもよい。
【0032】
推定用多項式記憶部11は、第1、第2の実施の形態で説明した推定用多項式生成装置の高次推定用多項式算出部5または3次推定用多項式算出部5aで予め算出された推定用多項式を記憶している。
入力パラメータ値取得部12は、例えば半導体製造装置の熱プロセスやプラズマプロセスなどのプロセスの実行中に温度センサ(不図示)から入力される温度などの入力パラメータ値を取得する。
【0033】
多項式推定演算部13は、推定用多項式記憶部11に記憶されている推定用多項式を用い、入力パラメータ値取得部12が取得した入力パラメータ値から出力パラメータ値を推定する。多項式推定演算部13が推定した出力パラメータ値は、推定値出力部14を通じて外部に出力される。多項式推定演算部13は、このような推定処理を例えば一定時間毎に行う。こうして、本実施の形態では、第1、第2の実施の形態の推定用多項式生成装置で算出された推定用多項式を用いて状態量などの出力パラメータ値を推定することができる。
【0034】
第1〜第3の実施の形態で説明した推定用多項式生成装置と推定装置の各々は、それぞれ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。推定用多項式生成装置と推定装置のCPUは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第1〜第3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】
【0035】
本発明は、推定用多項式を用いて状態量などを推定する技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】1次多項式から得られる、分析用データの入出力パラメータの関係を示す図である。
【図2】特殊点を分析用データに加えたことによる3次多項式から得られる、分析用データの入出力パラメータの関係を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る推定用多項式生成装置の構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る推定用多項式生成装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る推定用多項式生成装置の構成を示すブロック図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る推定用多項式生成装置の動作を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係る推定装置の構成を示すブロック図である。
【図8】分析用データの分布の1例を示す図である。
【図9】常識的な仮定から得られる、図8の分析用データの入出力パラメータの関係を示す図である。
【図10】多変量解析によって求めた3次多項式から得られる、図8の分析用データの入出力パラメータの関係を示す図である。
【符号の説明】
【0037】
1…分析用データ記憶部、2…特殊点情報記憶部、2a…上下限点情報記憶部、3…低次推定用多項式算出部、3a…1次推定用多項式算出部、4…特殊点推定値算出部、4a…上下限点推定値算出部、5…高次推定用多項式算出部、5a…3次推定用多項式算出部、11…推定用多項式記憶部、12…入力パラメータ値取得部、13…多項式推定演算部、14…推定値出力部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力パラメータのデータとこれに対応する出力パラメータのデータとの組からなる分析用データを予め記憶する分析用データ記憶手段と、
前記入力パラメータの特殊点を入力パラメータ毎に予め記憶する特殊点情報記憶手段と、
前記分析用データを用いて、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する低次の推定用多項式を算出する低次推定用多項式算出手段と、
この低次推定用多項式算出手段が算出した推定用多項式を用い、前記特殊点情報記憶手段に記憶されている各入力パラメータの特殊点から出力パラメータ値を推定する特殊点推定値算出手段と、
前記特殊点情報記憶手段に記憶されている各入力パラメータの特殊点と前記特殊点推定値算出手段が算出した出力パラメータ値との組を分析用データとして、前記分析用データ記憶手段に記憶されている分析用データに追加し、この追加したデータを含む分析用データを用いて、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する高次の推定用多項式を算出する高次推定用多項式算出手段とを備えることを特徴とする推定用多項式生成装置。
【請求項2】
請求項1記載の推定用多項式生成装置において、
前記高次推定用多項式は3次であり、前記低次推定用多項式は1次であることを特徴とする推定用多項式生成装置。
【請求項3】
請求項1記載の推定用多項式生成装置において、
前記入力パラメータの特殊点は、入力パラメータ空間の上下限値を与える点であることを特徴とする推定用多項式生成装置。
【請求項4】
前記入力パラメータ値を取得する入力パラメータ値取得手段と、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の推定用多項式生成装置の高次推定用多項式算出手段が算出した推定用多項式を用い、前記入力パラメータ値取得手段が取得した入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する多項式推定演算手段とを備えることを特徴とする推定装置。
【請求項5】
入力パラメータのデータとこれに対応する出力パラメータのデータとの組からなる分析用データを予め記憶する分析用データ記憶手段から前記分析用データを取得して、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する低次の推定用多項式を算出する低次推定用多項式算出手順と、
この低次推定用多項式算出手順で算出した推定用多項式を用い、特殊点情報記憶手段に予め記憶されている各入力パラメータの特殊点から出力パラメータ値を推定する特殊点推定値算出手順と、
前記特殊点情報記憶手段に記憶されている各入力パラメータの特殊点と前記特殊点推定値算出手順で算出した出力パラメータ値との組を分析用データとして、前記分析用データ記憶手段に記憶されている分析用データに追加し、この追加したデータを含む分析用データを用いて、前記入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する高次の推定用多項式を算出する高次推定用多項式算出手順とを備えることを特徴とする推定用多項式生成方法。
【請求項6】
請求項5記載の推定用多項式生成方法において、
前記高次推定用多項式は3次であり、前記低次推定用多項式は1次であることを特徴とする推定用多項式生成方法。
【請求項7】
請求項5記載の推定用多項式生成方法において、
前記入力パラメータの特殊点は、入力パラメータ空間の上下限値を与える点であることを特徴とする推定用多項式生成方法。
【請求項8】
前記入力パラメータ値を取得する入力パラメータ値取得手順と、
請求項5乃至7のいずれか1項に記載の高次推定用多項式算出手順で算出された推定用多項式を用い、前記入力パラメータ値取得手順で取得した入力パラメータ値から前記出力パラメータ値を推定する多項式推定演算手順とを備えることを特徴とする推定方法。

【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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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2010−146060(P2010−146060A)
【公開日】平成22年7月1日(2010.7.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−319397(P2008−319397)
【出願日】平成20年12月16日(2008.12.16)
【出願人】(000006666)株式会社山武 (1,808)
【Fターム(参考)】