次世代半導体・液晶製造装置のための機構と制御の統合設計

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半導体や液晶製造に用いられる精密位置決めステージには，「高速駆動」，「高精度駆動」，「ステージの大型化」，という相矛盾した要求がなされている。それを達成するためには，高性能なフィードフォワード制御器と，高帯域なフィードバック制御器が必要である。しかしながら，制御対象が連続時間不安定零点や遅延のある「非最小位相系」であると，それらを達成するのが難しいという課題がある。昨年度は，連続時間不安定零点がある制御対象への，時間軸反転による状態変数軌道生成およびマルチレートフィードフォワード制御を用いた完全追従制御法を提案し，実験検証をした。本年は昨年度の知見を活かし，1) 有限時間Preactuationによる制約を考慮した正時間の完全追従制御法, 2) モード正準系を用いた数値的に強いマルチレートフィードフォワード制御法の提案，を行った。さらに，「非最小位相系」のもうひとつの原因である遅延に対し，特に空気圧アクチュエータを取り上げ，3) 空気圧アクチュエータの遅延補償による圧力制御の高帯域化，4) 空気圧アクチュエータの波動方程式を用いたモデル化と共振相殺，に取り組んだ。半導体や液晶製造装置のステージはスループット向上のため大型化している。そのため，それを駆動するリニアモータも大型化・大質量化し，さらに発熱が問題となっている。そこで，粗動ステージのリニアモータを軽量・安価・低発熱な空圧アクチュエータに置き換えることができれば，そのボトルネックが解消される。そこで，提案した遅延補償と共振相殺法により，優れた制御性能を達成できることが実験的に示された。以上をふまえて，機構のもたらす制約により，制御が難しいとされている非最小位相系に対しフィードフォワード制御・フィードバック制御の両面からアプローチをし，高速高精度位置決めが達成できたと結論づけ，博士論文として成果をまとめた。