JP2000082662A

JP2000082662A - 露光装置及び除振装置、システム同定装置及びその方法

Info

Publication number: JP2000082662A
Application number: JP11165369A
Authority: JP
Inventors: Shinji Wakui; 伸二涌井; Shuichi Adachi; 修一足立; Takehiko Mayama; 武彦間山; Hiroaki Kato; 宏昭加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: US7072777B1; KR100331771B1; JP4272750B2; KR20000006401A

Abstract

(57)【要約】【課題】運動機構の動特性の経時的な変化を短時間、
かつ高精度に捕捉して同定する。【解決手段】運動機構において、その運動を制御する
ためのアクチュエータに疑似不規則信号を印加し、この
疑似不規則信号の時系列データとともに運動機構の運動
状態を計測するセンサの時系列データを収集してデータ
記憶手段に記憶させ、該データ記憶手段に記憶させた時
系列データに対してフィルタリングを施し、このフィル
タリングしたデータを使ってシステム同定を施し、シス
テム同定によって算出した数学モデルを使って運動機構
の特性値を導出し、特性値の変化を経時的に捕捉して運
動機構の性能維持の適否を自己診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置に
おけるＸＹステージ、あるいはアクティブ除振装置など
の運動機構の動特性を設計、生産、評価の場面で、短時
間で高精度に同定する方法ならびにこれをハードあるい
はソフトとして組み込んだ露光装置および除振装置、そ
れら装置の特性の変化を同定するためのシステム同定装
置及びその方法、更に該露光装置を用いてデバイスを製
造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームを使う電子顕微鏡、またはス
テッパやスキャナなどに代表される半導体製造装置に
は、ＸＹステージ、同ステージに搭載される微動ステー
ジ、およびこれらを床振動から絶縁する除振装置などさ
まざまな運動機構が組み込まれている。半導体製造装置
の性能を確保し、かつ保証するためには、これら運動機
構が持つ最高の性能を引き出すフィードバックがインプ
リメントされねばならない。その上で、運動機構の性能
が単体のユニットのみならず、相互に関連していること
を考慮した制御方式を更に組み込む必要がある。

【０００３】例えば、ＸＹステージが本来有している最
高の位置決め性能を引き出すには、除振装置の性能指標
である除振および制振特性が完全に発揮されなくてはな
らない。不完全な場合、床振動などの外乱を十分に除振
することができないと、ＸＹステージが本来持っている
位置決め性能を引き出すことはできない。このような現
象は、半導体露光装置における運動機構の相互間でも発
生する問題であり、かかる問題は高精度な位置決め性能
が要求される装置において重要である。また、上記運動
機構の特性が経時的に変化していくことを迅速かつ定量
的に捉えて、常に一定の性能を満たすように保守を行な
う必要がある。

【０００４】上述のような背景で、運動機構の能力を最
高に引き出す制御系を構成するには、運動機構の特性を
定量的に把握する必要がある。運動機構の特性は具体的
に、粘性摩擦係数、ばね定数、機械の共振周波数などに
より定義される。これらの物理パラメータを定量的に把
握し、これらを制御系設計に巧妙に反映させることによ
り装置の設計及び保守の最適化が可能になる。可動部分
に要求される位置決め性能、印加される駆動力等の動的
な条件を考慮して、最適かつ定量的な物理パラメータを
加味した制御系の特性は、それを加味しないで設計する
制御系の特性に対して優位なものとなることは疑いのな
いところである。

【０００５】制御系の設計は、制御対象となる運動機構
（ＸＹステージ、微動ステージ、除振機構など）の物理
的な挙動を定式化したモデル化が不可欠である。物理的
なモデリングは動力学、若しくは電磁気学による物理法
則に基いて行われ、最適な制御系の設計は運動機構を所
望の状態で良好な制御を可能にする。

【０００６】小規模な運動機構の場合、実際の挙動を反
映した物理的モデルの作成は厳密な挙動と良く一致する
ために比較的容易であるが、複数の運動機構が組み合わ
される大規模なシステムの場合は機械ユニットの剛性の
評価、発生する力の見積もりなど、パラメータの近似が
必要となるために物理的モデルによるアプローチは厳密
な制御系の設計という観点において有効ではない。

【０００７】また、厳密な物理モデルに基き設計した場
合でも、産業用機械を対象とした運動機構は複数台生産
されるので、機械ごとの特性のばらつきを管理する必要
がある。同一の設計に基いた複数の装置であっても、部
品の加工、組立て条件の微妙な差異（例えば、部品の加
工精度や組付けトルクのばらつきなど）により運動機構
の特性は個々の装置間でばらつくために、個々の装置を
最高の状態にチューニングすることを想定した設計およ
び生産は装置の大量生産には適合しない。

【０００８】また、運動機構は稼働によって機械的な特
性（たとえば摺動部分の摩擦抵抗など）が経時的に変化
し、それが制御性能の低下を招く。摩擦抵抗が大きくな
ると、目標位置に対する位置の偏差が残り、位置決め誤
差となる。最悪の場合には、故障、あるいは破壊に至
る。そこで、運動機構に対する定期的なメインテナンス
が必要となる。

【０００９】従来、設計、生産現場で複数台の運動機構
の特性把握、経時的な運動機構の特性変化を定量的に把
握するために、産業界で採用されている最も一般的な方
法は周波数応答に基いた周波数特性データの取得であ
る。周波数特性データは、周波数応答分析装置（通称、
サーボアナライザ/FFT（Fast Fourier Transform）ア
ナライザ）と呼ばれる測定器を使って取得できる。制御
対象へ正弦波を入力し、その周波数を小刻みに変えて周
波数伝達関数を求める正弦波掃引法は周波数の刻みを小
さくとることによって詳細な周波数伝達関数を得ること
が可能である。対象とする運動機構に正弦波を入力して
加振する入力波形の振幅と、定常状態における応答波形
の振幅との比（ゲイン）及び位相を測定して多数の測定
点におけるゲインと位相特性をボード線図上にプロット
して運動機構の応答性、位置決め性能を実験的に評価す
るものである。

【００１０】これらの特性より、運動機構の動特性を把
握し、これを設計に反映させていた。また、複数台の運
動機構について物理パラメータを算出することによっ
て、ばらつきの所在を突き止めていた。さらには、制御
理論でよく知られたゲイン余裕と位相余裕を使って、対
象とする運動機構に施された閉ループ系の性能を把握す
ることができ、かつ経時的にこの指標のトレンドを監視
することによって性能の劣化を把握していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、周波数
応答分析装置によって得られる測定データは運動機構の
特性を解析するものとしては有益ではあるが、運動機構
の経時的な変化に応じた制御則やメインテナンスのため
には利用されていない。なぜなら、実験的に得られた周
波数伝達関数等はシステムを評価するための可視化情報
であり、これらを物理モデルとして記述して制御系設計
に応用するためには、カーブフィッティングなどの高度
な手法を用いて周波数伝達関数を記述し直さなければな
らないからである。更に、その周波数伝達関数から、質
量、剛性、粘性摩擦係数等の制御系のパラメータを求め
るために、連続系である（無限の自由度を有する）実際
の運動機構の特性を記述するのに必要かつ十分なｎ個の
自由度に離散化する処理が不可欠となるからである。

【００１２】また、対象とする運動機構の固有周波数が
低い場合、精度の高い周波数特性を取得するには、測定
データの平均化のために数周期の低周波信号を入力し、
サンプリング周波数の刻みを細かくして測定しなければ
ならないなど、適正な測定条件の設定が必要となるた
め、対象とする運動機構の固有振動が低いほど測定時間
は長くなる。このため、測定に時間を要する実験手法を
生産現場で稼動している複数の装置に適用することは、
生産効率を落とす大きな原因となっていた。要求される
測定性能を発揮し、設計、生産の現場において必要十分
な解析を行なうためには測定結果の表示、データ変換
（A/D、D/A）、測定範囲の設定などオペレータとのマン
・マシン・インタフェースも重要な要素である。

【００１３】さらに、経時的な運動機構の特性変動を把
握するには、定期的に測定行為を伴う診断を行ない、得
られた測定結果のトレンドをみていく必要がある。しか
し、半導体露光装置によるＩＣの生産を停止することは
極力避けねばならない。したがって定期的なメインテナ
ンスおよび診断のための測定を短時間で完了する必要が
あるが、従来の周波数応答分析装置を用いた測定では、
上記要請に応えることができず、短時間で、しかも分析
精度の高い測定法ならびにその測定法がハードないしソ
フトとしてインプリメントされた露光装置や除振装置の
実現が期待されていた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の従来例に
おける問題に鑑みてなされたもので、短時間に、しかも
運動機構に多大の負担をかけることなく運動機構の特性
を正確に測定するシステムの同定と、その同定の結果を
経時的な特性の変化として制御則に反映し、外乱を排除
するための除振装置、さらに同定と除振に基き安定した
露光性能を実現する露光装置、更には、その露光装置を
用いて半導体デバイスを製造する方法を提供することを
目的とする。上記目的を達成する本発明は主として以下
の構成からなることを特徴とする。

【００１５】すなわち、露光装置は疑似不規則信号を発
生し、運動機構においてその運動を制御するためのアク
チュエータに印加する疑似不規則信号発生手段と、該疑
似不規則信号の時系列データとともに前記運動機構の運
動状態を計測するセンサの時系列データを収集して記憶
するデータ記憶手段と、該データ記憶手段に記憶された
時系列データに対してフィルタリングを施すプリフィル
タリング手段と、該プリフィルタリング手段で処理した
データに対して数学モデルを導出するシステム同定手段
と、該システム同定手段が導出する数学モデルを使って
前記運動機構の特性値を導出する特性抽出・診断手段と
を備える。

【００１６】また、除振装置は、疑似不規則信号を発生
し、運動機構においてその運動を制御するためのアクチ
ュエータに印加する疑似不規則信号発生手段と、該疑似
不規則信号の時系列データとともに前記運動機構の運動
状態を計測するセンサの時系列データを収集して記憶す
るデータ記憶手段と、該データ記憶手段に記憶された時
系列データに対してフィルタリングを施すプリフィルタ
リング手段と、該プリフィルタリング手段で処理したデ
ータに対して数学モデルを導出するシステム同定手段
と、該システム同定手段が導出する数学モデルを使って
前記運動機構の特性値を導出する特性抽出・診断手段と
を備える。

【００１７】また、システム同定方法は、運動機構にお
いてその運動を制御するためのアクチュエータに疑似不
規則信号を印加する工程と、この疑似不規則信号の時系
列データとともに前記運動機構の運動状態を計測するセ
ンサの時系列データを収集してデータ記憶手段に記憶さ
せる工程と、該データ記憶手段に記憶された時系列デー
タに対してフィルタリングを施す工程と、該フィルタリ
ングしたデータを使ってシステムを同定する工程と、該
システムの同定によって算出した数学モデルを使って前
記運動機構の特性値を導出する工程とを備える。

【００１８】また、デバイス製造方法は、露光装置を準
備する工程と、前記準備した露光装置によりデバイスを
製造する工程とを備える。

【００１９】また、露光装置は基準信号を前記装置に入
力する手段と，前記入力された信号に基づき前記装置を
励振する手段と、前記装置の励振の結果を出力信号とし
て取得する手段と、前記基準信号と、前記出力信号とに
基き、該装置の特性を同定する手段と、前記同定された
特性を経時的に捕捉して、該装置の特性の変化を自己診
断する手段とを備える。

【００２０】また、除振装置は、基準信号を一の運動機
構に入力する手段と，前記入力された信号に基づき前記
一の運動機構を励振する手段と、前記一の運動機構と、
該運動機構に設けられた他の運動機構と、の相対的な励
振の結果を出力信号として取得する手段と、前記基準信
号と、前記出力信号とに基き、複数の運動機構を含む該
装置の特性を同定する手段と、前記同定された特性を経
時的に捕捉して、該装置の特性の変化を自己診断する手
段と、を備える。

【００２１】また、露光装置は、前記の除振装置を用い
て運動機構の振動を除振するための手段を備える。

【００２２】また、システム同定装置は、対象システム
の特性を同定するために、該対象に印加される基準とな
る入力信号を生成する手段と、前記入力信号と該入力信
号に対応した出力信号とをアナログ若しくはデジタルデ
ータに変換する手段と、前記出力信号の取得条件を設定
するための手段と、前記入力信号及び前記出力信号とに
基き前記対象システムの特性を同定する演算を行なう手
段と、前記同定演算の結果を前記設定された取得条件に
基き表示する表示制御手段とを備える。

【００２３】また、システム同定装置は、対象システム
の特性を同定するために、該対象システムに印加される
基準となる入力信号を生成する信号発生手段と、前記入
力信号を分配して該対象システムを駆動する駆動手段
と、前記対象システムの運動状態を計測するセンサと、
前記信号発生手段が発生する信号と前記センサの出力信
号とを時系列データとして格納するデータ収集手段と、
前記入力信号と、前記出力信号とに基き前記対象システ
ムの特性をモデル化するための同定演算手段と、を備
え、前記同定演算手段は、前記データ収集手段に格納さ
れた時系列のデータに基づいて、前記対象システムの特
性の変化を自己診断する。

【００２４】また、露光装置は、前記システム同定装置
を用いて、該露光装置の特性の変化を時系列に自己診断
するための手段と、前記自己診断の結果に基づき、露光
性能の維持に要求される制御則を生成する手段とを備
え、前記露光装置を構成する機械的、電気的要素の特性
の経時変化を補償して性能を維持する。

【００２５】また、システムの動特性を同定する方法
は、対象システムの特性を同定するために、該対象シス
テムに印加する基準入力信号を生成する工程と、前記入
力信号と該入力信号に対応した出力信号とをアナログ若
しくはデジタルデータに変換する工程と、前記出力信号
の取得条件を設定するための工程と、前記入力信号及び
前記出力信号とに基き前記対象システムの特性を同定す
る演算を行なう工程と、前記同定演算の結果を前記設定
された取得条件に基き表示する表示制御工程とを備え
る。

【００２６】また、システムの動特性を同定する方法
は、対象システムの特性を同定するために、該対象シス
テムに印加する基準入力信号を生成する信号発生工程
と、前記入力信号を分配して該対象システムを駆動する
駆動工程と、前記対象システムの運動状態を計測する計
測工程と、前記信号発生工程で生成する信号と前記計測
工程での計測結果である出力信号とを時系列データとし
てメモリに格納するデータ収集工程と、前記入力信号
と、前記出力信号とに基き前記対象システムの特性をモ
デル化するための同定演算工程とを備え、前記同定演算
工程は、前記メモリに格納された時系列のデータに基づ
いて、前記対象システムの特性の変化を自己診断する。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面により本発明
にかかる実施形態を詳細に説明する。（実施形態１）実施形態の詳細を説明するための前準備
として、まず、運動機構を加振する信号としてのＭ系列
について説明する。Ｍ系列（Maximum-length linear sh
ift register sequence）は、疑似不規則信号の一種で
ある。出力波形の一例を図２に、半導体露光装置内の運
動機構をＭ系列で加振したときの応答波形の一例を図３
に示す。Ｍ系列は図２のように、＋１と−１のランダム
な繰り返しパターンであり、システム同定のための入力
信号として古くから知られている。しかしながら、実際
のメカニカルシステムへの適用は数える程しかない。例
えば、文献「足立ほか：ＥＴＳ−ＶＩ軌道上同定実験デ
ータによる予測誤差法と部分空間法の比較、計測自動制
御学会論文集,Vol.33,No.8,P.805-811(1997)」に、技術
試験衛星ＥＴＳ−ＶＩの柔構造パラメータを推定するた
めの同定実験が行なわれたという報告はあるが、特に大
規模な多変数メカニカルシステムへの適用例は知られて
いない。したがって、現在のところ信号処理方法および
産業用装置にとっての利用価値については明らかでない
という状況である。

【００２８】そこで、本実施形態における半導体製造装
置（ステッパあるいはスキャナ）は、Ｍ系列を加振用信
号として使用したシステム同定機能をソフトまたはハー
ドとして新たに実装する。これにより、運動機構の特徴
を十二分に踏まえた装置構成を与えるとともに、産業用
装置の半導体露光装置が享受できる利益を明確に示す。

【００２９】本発明の技術内容を容易に理解するため、
本実施形態では、具体的な運動機構への適用例としてア
クティブ除振装置を取り上げる。もちろん、本発明が開
示する技術思想の適用は、アクティブ除振装置への適用
に留まるものではなく、ＸＹステージなど、半導体露光
装置内の他の運動機構に適用しても構わないことは言う
までもない。同様に、半導体露光装置として備える運動
機構ではなくて、本発明が開示するシステム同定を行な
うという目的のために外付けの運動機構を用意しても構
わない。外付けの運動機構としては、例えば加振器やマ
スダンパなどが考えられる。

【００３０】図１は半導体製造装置におけるアクティブ
除振装置への一適用を示したブロック図である。図中、
１は除振台を含む露光装置本体であり、除振台の制御の
ためのセンサとアクチュエータが取り付けられている。
ＡＣは振動検出手段としての例えば加速度センサ５１、
ＰＯは位置計測手段としての位置センサ５２、ＳＶは大
重量の除振台を含む装置本体を支持するための不図示の
空気ばねへの動作流体の給排気をコントロールするサー
ボバルブ、ＰＲは空気ばね内の圧力を計測する圧力セン
サ５３、ＬＭは除振台の主に過渡的な振動を抑制するた
めの電磁モータである。これらセンサとアクチュエータ
を表わす記号にハイフン“−”と共に付けた記号は、方
位と除振台における部位とを示す。方位と部位は、図４
を参照してより明らかとなる。

【００３１】図４において、除振台２の上にはＸＹステ
ージ３が搭載されており、センサとアクチュエータとを
内蔵する能動マウント４−１、４−２、４−３によって
これらが支持されている。ＡＣ−Ｘ１は、能動マウント
４−１内の振動計測手段でありＸ方向の振動を計測する
ように配置されている。なお、同図面では、ＳＶ、Ｐ
Ｏ、ＰＲの記載は省略している。

【００３２】再び図１を参照して、電磁モータＬＭを使
った振動制御系の構成を説明することにする。まず、加
速度センサＡＣ−Ｚ１、−Ｚ２、−Ｚ３、−Ｘ１、−Ｙ
２、−Ｙ３の出力は運動モード抽出演算手段５に導かれ
ている。ここでは、除振台２の並進や回転といった運動
モードの信号を、すなわち運動モード加速度信号
（ａ _x，ａ_y，ａ_z，ａ_θx，ａ_θy，ａ_θz）を求めてい
る。次に、運動モード加速度信号は積分補償器６に導か
れて運動モードごとの速度信号へと変換されている。続
いて、各運動モードごとにダンピングを調整するための
ゲイン補償器７へと導かれ、その出力信号は運動モード
駆動信号（ｄ_x，ｄ_y，ｄ_z，ｄ_θx，ｄ_θy，ｄ_θz）とな
る。この信号は運動モード分配演算手段８を通って各能
動マウントの各アクチュエータが発生すべき駆動信号
（ｄ_z1，ｄ_z2，ｄ_z3，ｄ_x1，ｄ_y2，ｄ_y3）となり、この
信号でドライバ９が励起される。このような振動制御系
の構成によって、除振台２の振動特性は運動モードごと
にほぼ非干渉に調整することができる。

【００３３】さて、上述の電磁モータＬＭに対する振動
制御系の各ドライバ９の前段には加算端子が設けられて
おり、そこには多チャンネル・無相関・Ｍ系列信号発生
器１０の出力が、スイッチ１１を介して接続されてい
る。スイッチ１１は各能動マウント内の全電磁モータＬ
Ｍへの接続のオンオフを管理するものである。図示の場
合、全電磁モータＬＭがＭ系列信号によって加振される
ことになる。ただし、１０の出力のＭ系列信号は互いに
無相関であり、無相関のＭ系列信号によって能動マウン
ト４の全ての電磁モータが駆動されることになる。加振
中の除振台２の挙動は、露光装置本体１に装着する振動
計測手段ＡＣ、位置計測手段ＰＯ、圧力計測手段ＰＲを
含めて運動状態を計測する他のセンサの出力信号によっ
て捉えることができ、これらのデータは、Ｍ系列信号発
生器１０の信号とともにデータ記憶部１２に収集され
る。すなわち、Ｍ系列による加振は１回で済むことが特
徴となる。

【００３４】次に、データ記憶部１２に収集された時系
列データは、プリフィルタリング部１３に渡されてフィ
ルタリング処理が施される。続いて、システム同定部１
４においてフィルタリングされた入出力データに対して
同定がなされる。ここで行なうシステム同定とは、入出
力データを使って数学モデルを導出することである。数
学モデルとしては、例えばＡＲＸ、ＦＩＲ、ＡＲＭＡ
Ｘ、ＡＲＡＲＸ、ＡＲＡＲＭＡＸ、ＢＪ、ＯＥ、状態空
間モデルなどを必要に応じて選択する。これら数学モデ
ルの説明は省略する。詳しくは、足立修一著「ＭＡＴＬ
ＡＢによる制御のためのシステム同定」（東京電機大学
出版局）を参照されたい。最後に、システム同定部１４
で取得した数学モデルは特性抽出・診断部１５に送られ
て、ここで更に特性抽出および診断のためのデータ変換
が行なわれる。

【００３５】アクティブ除振装置が備える電磁モータＬ
Ｍ全部を無相関のＭ系列信号を使って１度に加振するた
めに、計測時間は極めて短くなる。最近、多チャンネル
のサーボアナライザが登場しているが、これを使っても
本実施形態による加振の方が圧倒的に計測時間は短い。

【００３６】なお、多チャンネル・無相関・Ｍ系列信号
発生器１０の一つの信号を、スイッチ１１の開閉を行な
って電磁モニタＬＭごと独立に印加してもよい。すなわ
ち、まず、電磁モータＬＭ−Ｚ１のみを加振して各種セ
ンサの出力信号を計測し、次にＬＭ−Ｚ２だけを加振し
て各種センサの出力信号を計測する、という計測をアク
チュエータごと独立に行なうことも本実施形態の変形例
として本発明の範囲に含まれる。

【００３７】（実施形態２）実施形態１では、多チャン
ネル・無相関・Ｍ系列信号発生器１０の無相関な信号で
能動マウント４内の各軸のアクチュエータが同時に加振
された。または、多チャンネル・無相関・Ｍ系列信号発
生器１０の出力信号の一つを各軸のアクチュエータごと
独立に印加していく加振がなされた。

【００３８】しかし、加振方法はこのようなものに限定
されるものではなく、図５に示すようにも実施できる。
同図では、多チャンネル・無相関・Ｍ系列信号発生器１
０の出力をスイッチ１１を介して運動モード分配演算手
段８の前段に加算している。例えば、スイッチ１１の接
点ｃを通して印加するＭ系列によっては、ｚ方向にゲイ
ン補償された信号ｄｚと接点ｃを通じて印加されるＭ系
列とが運動モード分配演算手段８に入力され、Ｚ軸方向
の電磁モータＬＭ−Ｚ１、ＬＭ−Ｚ２、ＬＭ−Ｚ３を同
相で励起するので除振台２全体をＺ軸方向に加振するこ
とになる。同様に、ｘ軸の回転方向にゲイン補償された
信号ｄθｘと接点ｄを通じて印加されるＭ系列とが運動
モード分配演算手段８に入力され、Ｘ軸方向の電磁モー
タＬＭ−Ｘ１を励起して、除振台２をｘ軸回りの回転さ
せる加振が行なわれる。つまり、除振台２を直交する運
動モードごとに加振できる装置構成になっている。実施
形態１と同様に、スイッチ１１の接点の開閉によって、
除振台２の剛体６自由度の全運動モードを同時に加振す
ることもできるし、運動モードごと独立に加振すること
もできる。このときの除振台２の挙動は、露光装置本体
１に装着する振動計測手段ＡＣ、位置計測手段ＰＯ、圧
力計測手段ＰＲなどを含めた他の運動状態を計測するセ
ンサの出力信号によって捉えることができ、これらのデ
ータはデータ記憶部１２に収集される。データ収集以降
のデータ処理については図１と同様であり説明は省略す
る。

【００３９】なお、図１に対して、新たにループ遮断ス
イッチ１６を設けている。これは、多チャンネル・無相
関・Ｍ系列信号発生器１０の出力信号による加振を、振
動検出手段ＡＣに基づいて電磁モータＬＭを駆動する閉
ループを構成した状態で実施するのか、あるいはこのル
ープを遮断して開ループの状態で行なうかを選択するも
のである。加振入力によって取得したいデータの分析目
的に応じて、ループ遮断スイッチ１６の開閉を選択する
ことができる。図１では、ループ遮断スイッチ１６を省
略しているが、もちろん、これを備えてデータの分析目
的に応じて電磁モータＬＭを使った閉ループ系の開閉を
選択することができる。

【００４０】なお、実施形態１と実施形態２ともに、Ｍ
系列信号による加振には電磁モータＬＭが使われた。電
磁モータは、対象とする運動機構を高周波数まで加振す
ることができるので、システム同定にとって好適なアク
チュエータとして使用できる。広く力アクチュエータが
使用可能であれば電磁モータに限定されるものでないこ
とはいうまでもない。

【００４１】（実施形態３）上述の実施形態では、アク
ティブ除振装置が備えているアクチュエータをＭ系列信
号によって励起し、同装置が備えるセンサによってデー
タを収集し、これを分析した。つまり、アクティブ除振
装置それ自身の特性を把握したのである。しかしなが
ら、先にも述べたように、半導体露光装置内の運動機構
の性能は、それ自身で完結したものではなく、例えば、
アクティブ除振装置の性能が除振台２に搭載されるＸＹ
ステージ３（図４）の性能に多大の影響を及ぼすという
ように関連している。従来、互いに異なる運動機構の性
能が相互に影響し合うことは知られていたが、定量的な
分析はなされていなかった。従来の測定法、すなわちサ
ーボアナライザを使った正弦波信号による加振では、運
動機構相互の関連を把握するための測定は繋雑の極みと
なってしまう。

【００４２】しかしながら、Ｍ系列信号を用いた加振で
は状況が異なる。短時間の測定で済み、しかも取得した
データは様々な角度からの分析が行なえるものとなって
いる。例えば、図６は、ＸＹステージ３の外乱抑制率を
表わす周披数応答である。ＸＹステージ３に外乱として
の振動が混入したとき、それをどの程度抑制するのかを
表わす指標であり、ＸＹステージ３の重要な能力の一つ
である。

【００４３】もちろん、図６中に示した外乱抑制率が大
きい方が好ましい。この周波数特性は、アクティブ除振
装置のアクチュエータを加振して、ＸＹステージ３に対
して構成する位置決め制御系の位置偏差信号、あるいは
図１と図５に示すＸＹステージ３の位置計測のためのレ
ーザ干渉計ＬＡ−Ｘ１０１、ＬＡ−Ｙ１０２、ＬＡ−θ
１０３の出力信号を観測することによって取得できる特
性値である。ここで、ＬＡ−Ｘ１０１、ＬＡ−Ｙ１０
２、ＬＡ−θ１０３はＸＹステージ３のＸ方向の変位、
Ｙ方向の変位、および鉛直軸回りの回転を計測する。し
たがって、図１あるいは図５に記載のデータ記憶部１２
へ、新たにＸＹステージの位置偏差信号またはレーザ干
渉計の情報を入力する装置構成とすることによって、上
述した外乱抑制率は即座に計測できる。

【００４４】（実施形態４）ここでは、特性抽出・診断
部１５で得る特性抽出の具体的な内容を説明する。

【００４５】（１）特性抽出が周波数応答の場合図７はサーボアナライザを使って取得した除振台２の或
る能動マウント４の周波数応答である。同様の部位であ
って、図１あるいは図５の装置構成において示したＭ系
列信号によって除振台２を加振することによって、短時
間で求められた周披数応答を図８に示す。従来の測定結
果を基準にして、ほぼ同様の周波数特性を得ていること
が確認できる。しかし、Ｍ系列信号を使った方が、測定
は短時間である。短時間の加振によって従来の測定と同
等の精度が得られているので、図１あるいは図５のシス
テム同定機能を有する半導体露光装置による周波数応答
の測定の方が優れていることは明らかである。

【００４６】次に、周波数応答の利用方法であるが故障
診断に使用することができる。Ｍ系列の信号を用いてア
クティブ除振装置を加振して、例えば駆動力から加速度
信号までの周波数応答を求める。これはイナータンスあ
るいはアクセレランスとして知られた応答特性である
が、概略の形状は図９のようになる。図中、点線Ａで囲
む部分のピークが共振周波数であり、例えば除振台の並
振・回転運動の固有振動数となる。この周波数およびピ
ーク量（減衰率）は除振台の動きを支配する重要なパラ
メータであり、管理限界を設けて例えばピーク量が増加
する現象を検知してトリガ信号を起動し、警告を発生す
るか、あるいは最悪の場合には装置を強制停止させるよ
うに利用することができる。また、低域の点線Ｂで囲む
部分の特性からは、除振台と固定側の機構部材との機械
衝突の有無を検知することができる。

【００４７】高域の点線Ｃで囲む部分の特性からは、除
振台との軽微な衝突の有無を検出することができる。こ
のように、周波数応答の特徴を捉えることによって装置
の状態を診断することができる。

【００４８】なお、もちろんのことであるが、診断のた
めに用いる特性としては、上述のようなイナータンス応
答に限定されるものではない。コンプライアンスやモビ
リティを用いてもよいし、アクティブ除振装置の閉ルー
プ周波数応答を使うことも妨げられない。あるいは加振
して得られる実波形を装置正常時の波形と比較して故障
診断することも可能であるし、実波形をスペクトラム解
析しても同様のことは実施できる。

【００４９】（２）特徴抽出が物理パラメータの場合一般に、剛体の運動方程式は、

【００５０】

【数１】と表現できる。ここで、Ｍ：質量行列、Ｃ：粘性摩擦行
列、Ｋ：剛性行列、Ｆ：駆動力ベクトル、Ｘ：変位ベク
トルである。「・」は時間微分を示す。

【００５１】上式は剛体重心に関する並進・回転運動の
方程式である。アクティブ除振装置で支持される運動機
構が対象である場合、実際にはアクチュエータとセンサ
とが空間的に分布されている。したがって、その幾何的
な配置と（１）式とを考慮して、Ｍ、Ｃ、Ｋ行列を構成
する係数要素を一連の測定結果から導出することができ
る。実施形態１では、各アクチュエータを同時に加振し
て得た計測データ、または個別に加振して得られるアク
チュエータの個数分の計測データの組を取得しており、
計測データを収集したセンサとアクチュエータの配置座
標とを考慮して、XYZ方向の並進、回転の振動モードに
分離して、上式の形に計測データを変換することができ
る。また、図５に示す装置構成を用いた場合には、運動
モードごとの加振がなされてあり、（１）式の形を使っ
てＭ、Ｃ、Ｋを直に算出することができる。したがっ
て、幾つかの既知物理パラメータの存在を仮定してＭ、
Ｃ、Ｋの値を算出することができる。この算出法を複数
台数に適用して得られるＭ、Ｃ、Ｋの値を比較すること
により、運動機構の何処にばらつきがあるのかを知るこ
とができる。このばらつきを捉えることができれば、運
動機構の部品加工、組立てにおいて、どこの公差を厳し
くすべきか、製造工程の管理基準等を定量的に定めるこ
とができる。

【００５２】（３）統合化設計従来、機構設計が完了したのち、その機構を所与として
制御装置の設計を行なっていた。しかし、開発期間の短
縮および同費用の削減などの要請に応えるため、機構設
計と同時に制御設計を行なう必要に迫られている。運動
機構と制御装置の両者を計算機の中で結合して、それら
に対する設計・改良をシミュレーションする。所定の性
能を満たしたときに初めて製品の製造を行なう。このと
きの大前堤は、実際の製品の現象を表現できる運動機構
のモデルを持っていることである。本実施形態のシステ
ム同定機能を有する半導体露光装置の中のシステム同定
部１４で得られる数学モデルは、統合化設計を推進する
ときの数学モデルとして活用できることは言うまでもな
い。

【００５３】（４）検出不能な箇所の振動推定ＸＹステージ３がステップアンドリピートもしくはステ
ップアンドスキャンしたとき、半導体露光装置にとって
最も重要な投影光学系を振動させ、ＩＣの焼き付けに甚
大な影響を与える。改良を施そうとするとき、まず事前
にこのユニットの振動レベルを捉えておく必要がある。
しかし、振動計測のために投影光学系のレンズに例えば
加速度センサを張り付けるようなことは許されない。投
影光学系のレンズに限らず、狭い箇所に配置する重要な
ユニットも存在するが、もちろん計測のために加速度セ
ンサなどの計測装置を入り込ませることはできない。こ
のような場合、本実施形態のシステム同定機能を有する
半導体露光装置の構成は威力を発揮する。データ記憶部
１２への入力には、既に述べたように図１あるいは図５
に示したアクティブ除振装置が有するセンサの出力信号
以外の各種計測出力を入力することができる。したがっ
て、半導体露光装置内に空間的に分布して配置する各種
センサ間の伝達特性が把握できる。空間的に分布する部
位の相互関係が分かっていれば、センサを配置すること
ができない箇所の伝達特性も推定することができる。例
えば、投影光学系におけるレンズ中心の振動レベルの推
定は容易なこととなる。

【００５４】特性抽出・診断部１５では、直接計測不可
能な箇所の振動レベル（物理情報）をデータ記憶部のデ
ータとそのデータを取得した半導体露光装置内の部位と
を考慮して推定する機能も有する。

【００５５】以上説明したように、本発明にかかる実施
形態によると、（１）疑似不規則信号（Ｍ系列）の加振によって取得で
きる運動機構の特性は精度の高いものであり、設計、保
守のためのデータとして有効に活用することができる。
取得したデータは自己診断のために解析・評価され、装
置の性能を一定水準に維持することを可能にする。かか
る信号発生手段を装置内部に備えることにより、加振条
件を統一した解析・評価が可能になる。

【００５６】（２）疑似不規則信号（Ｍ系列）の入力
は、極めて短時間で済み、正弦波による加振のように運
動機構に過大な負荷を与えないという効果がある。

【００５７】（３）運動機構の自己診断は、半導体製造
装置の稼働を止めることなく短時間で行なえるので、生
産性を落とすことなく、適切なタイミングで保守の時期
を見定め、これを実行することが可能となる。

【００５８】（実施形態５）本実施形態は、運動機構の
特性を同定するための具体的な同定装置の構成に関する
ものである。除振装置の実施形態について．図面に基づ
き詳細に説明する。図１２に示すように、システム同定
装置１２０１は、演算処理を行なう計算機１２０２と、
アナログ信号からディジタル信号へのＡＤ変換およびデ
ィジタル信号からアナログ信号へのＤＡ変換を行なうＡ
Ｄ／ＤＡ変換装置１２０３とから構成されている。計算
機１２０２は主として同定の対象となる運動機構（若し
くは同定対象となる運動機構システム、以下の実施形態
ではこれらを総称して対象システムという。）の特性を
同定するための同定演算を行ない、またディスプレイ画
面１４２３（図１４）へ同定結果を表示する。

【００５９】ＡＤ／ＤＡ変換装置１２０３は、同定対象
に印加するディジタル入力信号をアナログ入力信号へと
ＤＡ変換し、同定対象のアナログ出力信号をディジタル
出力信号へとＡＤ変換する。これによって、たとえ同定
対象が連続系でありその入力信号と出力信号がアナログ
信号であっても、ディジタルな信号に変換して演算する
ことができる。

【００６０】システム同定装置１２０１の構成および動
作について更に詳しく説明する。図１２に示す同定装置
１２０１の計算機１２０２は次のような処理が行われて
いる。入力信号生成部１２０４は同定対象へ印加する入
力信号を生成する。入力信号生成部が生成する入力信号
は、白色信号か、あるいは擬似白色２値信号か、あるい
はＭ系列信号である。また入力信号生成部１２０４はこ
の入力信号を入力信号データファイル１２０７に記録す
る。データ通信部１２１０は入力信号データファイル１
２０７に記録された同定対象へ印加する入力信号をＡＤ
／ＤＡ変換装置１２０３へ送信する。出力信号取得条件
設定部１２０９は同定対象の出力信号の取得条件を設定
する。データ通信部１２１０は出力信号取得条件設定部
１２０９が設定した条件に応じてＡＤ／ＤＡ変換装置１
２０３から同定対象の出力信号を受信し、この出力信号
を出力信号データファイル１２０８へ記録する。同定演
算部１２０５は入力信号生成部１２０４による入力信号
と出力信号データファイル１２０８へ記録された出力信
号に応じて同定対象の特性を同定するための演算を行な
う。表示制御部１２０６は同定演算部１２０５による同
定結果を表示する。

【００６１】システム同定装置１２０１のＡＤ／ＤＡ変
換装置１２０３において、ＡＤ／ＤＡ変換装置ドライバ
１２１１は計算機１２０２のデータ通信部１２１０から
ディジタル入力信号を受信し、これをアナログ入力信号
へとＤＡ変換して同定対象に印加する。また、ＡＤ／Ｄ
Ａ変換装置ドライバ１２１１はこの時同定対象に生ずる
アナログ出力信号をディジタル出力信号へとＡＤ変換し
て計算機１２０２のデータ通信部１２１０へ送信する。

【００６２】出力信号取得条件設定部１２０９は、図１
３に示すように、信号取得の可否と信号レンジの設定を
オペレータが自由に行なえるように、条件設定ウィンド
ウ１３１２をディスプレイ画面１４２３へ表示する。図
１３は、その表示例であり、チャンネルＣＨ０からＣＨ
７まで計８チャンネルの信号の取得設定で、ＣＨ０から
ＣＨ５まで計６チャンネルで取得する場合を示してい
る。オペレータは信号取得セレクタ１３１４によってそ
れぞれのチャンネルに割り当てられた出力信号の取得の
可否を設定できる。図１３の場合、ＣＨ０〜ＣＨ５は信
号取得セレクタ１３１４がＯＮの状態に設定されている
ので、これらチャンネルに割り当てられた出力信号が取
得される。ＣＨ６とＣＨ７は信号取得セレクタ１３１４
がＯＦＦの状態に設定されているので、これらチャンネ
ルに割り当てられた出力信号は取得されない。

【００６３】また、オペレータは、信号レンジセレクタ
１３１３によって、信号取得レンジを±１Ｖ，±２Ｖ，
±５Ｖ，±１０Ｖの４段階に切り替えることができる。
取得する出力信号の振幅あるいはレンジに応じて信号取
得レンジを切り替えることにより、ノイズレベルの影響
を受けること無く同定対象の出力信号を精度よく取得す
ることが可能になる。

【００６４】表示制御部１２０６は、図１４へ示すよう
に、同定演算部１２０５による同定結果を受けて、同定
結果表示ウィンドウ１４１７をディスプレイ画面１４２
３に表示する。同定結果表示ウィンドウ１４１７は周波
数特性のゲイン線図１４１８と位相線図１４１９の両方
あるいは一方を表示する。このような周波数特性を表示
することによって、同定対象の特性を明確に表示するこ
とができる。なお、図１４において同定結果表示ウィン
ドウ１４１７は周波数特性のゲイン線図と位相線図を表
示しているが、同定結果表示ウィンドウ１４１７が表示
する同定結果としては、極零配置，微分方程式，差分方
程式、あるいは共振周波数と減衰係数などであってもよ
い。

【００６５】また、同定結果表示ウィンドウ１４１７
は、同じく図１４へ示すように、ディスプレイ画面１４
２３の画面全体へ表示される。これにより同定結果を視
認性良く表示することが出来るので、オペレータは同定
結果を明確に認識できる。

【００６６】次に、除振装置１７２０の特性を同定する
システム同定装置１２０１について説明する。図１７に
示すように、除振装置１７２０は除振台１７２１と、除
振台２０の四隅を支持するマウント部１７２２ａ，１７
２２ｂ，１７２２ｃ，１７２２ｄと、除振台に制御力を
作用させるアクチュエータと、除振台の振動を検出する
振動センサとから構成されている（図１７においてアク
チュエータおよび振動センサは不図示である）。除振装
置１７２０は除振台１７２１に生ずる振動を速やかに減
衰させるように振動制御を行う。除振台１７２１に生じ
る振動は、ＸＹＺ座標系を基準として、Ｘ軸方向並進，
Ｙ軸方向並進，Ｚ軸方向並進，Ｘ軸まわり回転，Ｙ軸ま
わり回転，Ｚ軸まわり回転の６モードに分解することが
できる。

【００６７】従って、同定対象である除振装置１７２０
の特性はこれら６モードの振動により表現することが可
能である。システム同定装置１２０１は、アクチュエー
タへ入力信号を印加し、その信号に基づき駆動するアク
チュエータは除振台２１を加振する。この時、除振台１
７２１に生ずる振動は振動センサにより検出される。同
定装置１２０１は振動センサの出力信号を取得し、これ
ら入力信号と出力信号に応じて除振装置１２０１の特性
を同定する。アクチュエータに印加する入力信号は、Ｘ
軸方向並進Ｆ_ｘ，Ｙ軸方向並進Ｆ_ｙ，Ｚ軸方向並進
Ｆ_ｚ，Ｘ軸まわり回転Ｍ_ｘ，Ｙ軸まわり回転Ｍ_ｙ，Ｚ軸
まわり回転Ｍ_ｚの６モードである。また、振動センサよ
り取得する出力信号はＸ軸方向並進Ｓ_ｘ，Ｙ軸方向並進
Ｓ_ｙ，Ｚ軸方向並進Ｓ_ｚ，Ｘ軸まわり回転Ｓ_θｘ，Ｙ軸
まわり回転Ｓ_θｙ，Ｚ軸まわり回転Ｓ _θｚの６モードで
ある。これらの信号の送受はＡＤ/ＤＡ変換装置ドライ
バ１２１１を介して行われる（図１２）。

【００６８】図１４はこのような除振装置１７２０の特
性を同定したシステム同定装置１２０１の処理表示であ
る。同定結果表示ウィンドウ１４１７は並進３自由度と
回転３自由度、合計６モードの同定結果を、それぞれゲ
イン線図１４１８と位相線図１４１９として表示する。

【００６９】すなわち、Ｘ軸方向の並進入力信号Ｆｘに
基く出力信号Ｓ_ｘ、Ｙ軸方向の並進入力信号Ｆｙに基く
出力信号Ｓ_ｙ、Ｚ軸方向の並進入力信号Ｆｚに基く出力
信号Ｓ_ｚ、Ｘ軸まわりの回転入力信号Ｍ_ｘに基く出力信
号Ｓ_θｘ、Ｙ軸まわりの回転入力信号Ｍ_ｙに基く出力信
号Ｓ_θｙ、Ｚ軸まわりの回転入力信号Ｍｚに基く出力信
号Ｓ_θｚの、６モードの同定結果を表示ウィンドウ１４
１７に表示する。

【００７０】例えば、Ｘ軸方向並進における入力信号Ｆ
_ｘとその出力信号Ｓ_ｘの表示１４１８、１４１９には、
Ｓ_ｘＦ_ｘというように入力信号と出力信号とを明記し
て、６つのモードを区別し表示する。表示のレイアウト
はディスプレイ画面１４２３の上段の左から順にＸ軸方
向並進，Ｙ軸方向並進，Ｚ軸方向並進の３モード、そし
てディスプレイ画面１４２３の下段の左から順にＸ軸ま
わり回転，Ｙ軸まわり回転，Ｚ軸まわり回転の３モード
である。座標系を合わせて並進と回転の結果を上下にレ
イアウトすることにより、オペレータは除振装置１７２
０の特性を明確に認織することができる。

【００７１】図１４では並進の運動モードと回転の運動
モードによってディスプレイ画面１４２３を上下に分割
しているが、これを左右に分割してもよい。この場合、
左右に分割されたディスプレイ画面１４２３のそれぞれ
において、上から順にＸ軸方向並進あるいはＸ軸まわり
回転、次にＹ軸方向並進あるいはＹ軸まわり回転、最後
にＹ軸方向並進あるいはＺ軸まわり回転の運動モードを
表示する。このような表示方法でも、除振装置１７２０
の特性が６つの同定結果表示ウィンドウ１４１７にて整
然とディスプレイ画面に表示できるので、やはり、オペ
レータは除振装置１７２０の特性を明確に認識すること
が可能となる。

【００７２】図１５は除振装置１７２０の特性をさらに
群しく表示した場合のシステム同定装置１２０１の処理
表示である。図１４の場合は、例えば、ｘ軸方向の入力
信号に対して、ｘ軸方向の出力信号を表示するというよ
うに、入出力の座標系が一致しているのに対して（多自
由度系の運動方程式として表現した場合の対角要素に相
当する）、図１５の場合は、例えば、ｘ軸方向の入力信
号に対して励振するｘ軸方向の出力のみならず、ｙ軸、
ｚ軸方向の出力信号（多自由度系の運動方程式として表
現した場合の非対角要素に相当する）をも表示するとい
う点においてより詳細な情報を表示するものである。

【００７３】除振装置１７２０の入力信号と出力信号
は、これまで述べたようにそれぞれ６モードであるか
ら、６モードそれぞれの入力信号と６モードそれぞれの
出力信号とが連成して、除振装置の特性は合計３６通り
の振動モード情報により定義される。図１５において
は、ディスプレイ画面１４２３を上下方向，左右方向そ
れぞれ６分割することにより、３６個の同定結果表示ウ
ィンドウ１４１７に表示する。

【００７４】例えば、Ｘ軸方向並進の入力信号Ｆｘに対
してＸ軸方向並進の出力信号ＳｘはＳ_ｘＦ_ｘと明記し、
Ｘ軸方向並進の入力信号Ｆｘに対するＹ軸方向並進の出
力信号はＳ_ｙＦ_ｘと明記することによって、データの入
出力関係をオペレータは明確に認識することが可能とな
る。

【００７５】以上説明したように、本実施形態にかかる
システム同定装置、方法に拠れば、計算機とＡＤ／ＤＡ
変換器とを有し、オペレータがプラント等の出力に応じ
て信号取得のレンジを設定することができ、また、プラ
ント等の特性を認識しやすいように同定結果を表示する
ことが可能となる。

【００７６】（実施形態６）図１８はシステム同定装置
において、物理パラメータを導出するための構成を示す
図であり、露光装置などを搭載する除振台１８０１は４
つの能動除振装置１８０２ａ，ｂ，ｃ，ｄで支持されて
いる。能動除振装置の支持部１８０２ａ、ｂ，ｃ，ｄに
は、空気ばねなどの防振支持手段が鉛直および水平方向
に備えられており、これにより装置本体を支持してい
る。ここでは、図１８に示すような、除振台１８０１
が、能動除振装置１８０２により４点で防振支持されて
いる装置を例にして説明するが、本発明が開示する装置
および方法は、この例にとどまらず、３点支持の形態を
とる装置など、一般的な６自由度運動機構に対しても適
用可能であり、それらに対する本装置及び方法の適用
も、本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

【００７７】図１９は能動除振装置の構造をより詳細に
示す図である。能動除振装置１８０２ａ，ｂ，ｃ，ｄ
は、除振台１８０１に鉛直方向の制御力を加える鉛直ア
クチュエータ１９２１、除振台１８０１に水平方向の制
御力を加える水平アクチュエータ１９２２、除振台１８
０１を鉛直方向に防振支持する鉛直支持手段１９２３、
除振台１８０１を水平方向に防振支持する水平支持手段
１９２４、除振台１８０１、あるいは、それと剛に締結
された部材に取付けられ、除振台１８０１の鉛直・水平
方向の振動をそれぞれ検出する、鉛直振動センサ１９２
５、および、水平振動センサ１９２６を備える。

【００７８】鉛直アクチュエータ１９２１、水平アクチ
ュエータ１９２２には、リニアモータなどの電磁駆動ア
クチュエータ、空気ばねの内部圧力をそれへの空気の給
排気を調整するバルブによって制御する空気圧駆動式ア
クチュエータ、あるいは、それらを併用したものなどを
用いることができる。鉛直アクチュエータ１９２１、水
平アクチュエータ１９２２として、前記のような空気ば
ねを使用した空気圧駆動式アクチュエータを用いる場合
は、これを鉛直支持手段１９２３、水平支持手段１９２
４と兼ねることができる。

【００７９】鉛直振動センサ１９２５、水平振動センサ
１９２６には、除振台１８０１の振動を加速度として検
出する、加速度センサを好適に用いることができる。能
動除振装置１８０２（図１８の１８０２ａ，ｂ，ｃ，ｄ
を代表的に指示する。）は、これら鉛直振動センサ１９
２５、水平振動センサ１９２６による除振台１８０１の
振動検出信号を、図示しない制御演算手段に入力して補
償演算を施し、ここで得られた信号に基づいて、鉛直ア
クチュエータ１９２１、水平アクチュエータ１９２２を
制御することにより、装置振動を能動的に制御する。

【００８０】能動除振装置の制御演算は、１８０２ａ，
ｂ，ｃ，ｄごとに個別に制御ループを構成するものや、
除振台１８０１全体の並進・回転などの運動挙動ごとに
振動制飾を行なうべく、各１８０２ａ，ｂ，ｃ，ｄが協
調して制御を行なうように構成したものなどを用いるこ
とができる。

【００８１】さて、同定対象となる運動機構は、水平方
向の並進２自由度（Ｘ，Ｙ）、鉛直方向の並進１自由度
（Ｚ）、および、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸まわりの回転３自由度
（θ _ｘ，θ_ｙ，θ_ｚ）の運動自由度を有する６自由度剛
体運動機構として捉えることができる。ここでは、この
６自由度運動機構における除振台１８０１の質量、慣性
モーメント、慣性乗積、および、能動除振装置１８０２
に構成された防振支持手段のばね定数、粘性摩擦係数を
同定する手順および装置を説明する。

【００８２】図２０は、除振台１８０１と、それを防振
支持する能動除振装置１８０２ａ，ｂ，ｃ，ｄとからな
り、並進３自由度、回転３自由度の運動モードを有する
６自由度運動機構を力学モデルとして、模式的に表わし
たものである。

【００８３】本発明で開示する同定装置は６自由度運動
機構の特性を同定するために、図１８に示すように、除
振台１８０１を加振する複数の加振手段１８１１と、加
振手段１８１１に印加する加振入力信号を発生する信号
発生手段１８１２と、信号発生手段１８１２からの信号
をそれぞれの加振手段に分配する第１の補助演算手段と
して機能する信号分配手段１８１３と、更に、除振台１
８０１に対する加振手段１８１１の制御力を測定する力
センサ１８１４、除振台１８０１の運動挙動を測定する
複数の振動センサ１８０３、複数の振動センサ１８０３
の出力から所望の信号を抽出する第２の補助演算手段と
して機能する信号抽出手段１８１５と、信号発生手段１
８１２および信号抽出手段１８１５の出力時系列データ
を取得するデータ収集手段１８１６、データ収集手段１
８１６に取得した信号をもとに、対象となる運動機構の
特性や物理パラメータを同定する同定演算手段１８１７
とを備える。

【００８４】同定演算手段１８１７は、データ収集手段
１８１６に記録された時系列データに基づき、運動機構
の運動状態を出力とした運動機構の入出力特性を表わす
数学モデルを導出するシステム同定手段１８１７ａと、
その数学モデルに基づいて運動機構を構成するメカ的・
電気的要素の物理的特性値を導出する物理パラメータ導
出手段１８１７ｂとからなる。

【００８５】図１８では、加振手段１８１１は水平１方
向に２台配置されているが、６自由度運動機構のすべて
の運動自由度を、個別に励振できるように、鉛直方向３
台以上、水平方向３台以上の、合計６台以上を配置する
ことが望ましい。

【００８６】加振手段１８１１には、前述の鉛直アクチ
ュエータ１９２１、水平アクチュエータ１９２２を、振
動センサ１８０３には、加速度センサを用いることがで
きる。

【００８７】また、加振手段１８１１には、リニアモー
タなどの電磁駆動アクチュエータを用いることもでき
る。その場合、駆動指令入力とそれに対するアクチュエ
ータ発生力の関係は対象の運動機構の主たる動特性が作
用する周波数領域で、ほぼ、比例関係で記述することが
でき、加振手段１８１１の発生力をその駆動指令信号か
ら容易に推定できる。よってこの場合は、力センサ１８
１４は不要である。本実施形態では、加振手段１８１１
として、リニアモータなどの電磁駆動アクチュエータを
用いることとし、以降、力センサ１８１４を用いない場
合について説明する。近年では、能動除振装置のアクチ
ュエータとして、リニアモータなどの電磁駆動アクチュ
エータと、空気ばねの内部圧力をそれへの空気の給排気
を調整するバルブによって制御する空気圧駆動式アクチ
ュエータを併用したものが実用化されているが、このよ
うな装置においては、加振手段１８１１として、この電
磁駆動アクチュエータを有効活用することができる。

【００８８】力センサ１８１４を用いる場合は、データ
収集手段１８１６は、加振手段１８１１の信号に相当す
る信号として、信号発生手段１８１２が発生する信号の
代わりに力センサ１８１４の出力信号、または、その信
号に適切な演算処理を施した信号の時系列データを収集
して記録するものとしてもよい。この場合、データ収集
手段１８１６は、力センサ１８１４の出力信号を演算処
理して抽出したアクチュエータによる運動機構への並進
推力、回転モーメントに相当する信号を収集して記録す
るものとしてもよい。また、データ収集手段１８１６
は、信号発生手段１８１２が発生する信号の代わりに、
信号分配手段１８１３のような補助演算手段の出力時系
列データを収集して記録するものであってもよい。対象
とする運動機構の運動状態として収集・記録する信号
は、振動センサ１８０３の出力信号の時系列データとす
ることもできる。

【００８９】本実施形態では、信号分配手段１８１３と
加振手段１８１１をまとめて、除振台１８０１への作用
要素としてみなし、信号発生源１８１２で発生された信
号を対象運動機構へ入力して、データ収集手段１８１６
に出力信号を収集する場合を例に説明する。６自由度運
動機構の物理パラメータの同定は、図２１に示す手順で
行なう。以下、その手順を説明する。

【００９０】＜ステップ７０の処理＞ステップ７０で
は、対象とする６自由度運動機構について、運動方程式
を作成し、状態方程式を導く。ここで対象としている６
自由度運動機構の運動方程式は、（２）式に示すとおり
である。

【００９１】

【数２】ここで、Ｘ=［ｘ，ｙ，ｚ，θ_x、θ_ｙ、θ_ｚ］^T Ｆ=［Ｆ_x、Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚ，Ｍ_x、Ｍ_ｙ、Ｍ_ｚ］^T （２）式において、Ｍ、Ｃd、Ｋはそれぞれ質量、粘性
減衰、剛性をそれぞれ示す定係数行列であり、Ｘは並
進、回転の変位を示す行列、Ｆは駆動源となる力及びモ
ーメントを示す行列である。

【００９２】Ｍ、Ｃd、Ｋ行列はそれぞれ形式的に（２
ａ）式として示される。

【００９３】

【数２ａ】更に、それぞれの行列要素は（２ｂ）式により求めるこ
とができる。

【００９４】

【数２ｂ】 (２)，(２a)，(２b)式（以下(2)式等という。)におい
て、ｘ，ｙ，ｚ，θ_x，θ_y，θ_ｚは除振台１８０１の並
進・回転変位、ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i（ｉ＝１，２，３，４）
は能動除振装置１８０２ａ〜ｄに構成された支持手段が
除振台１８０１を支持する位置の座標を示し、ｋxi，ｋ
yi，ｋzi（ｉ＝１，２，３，４）は能動除振装置１８０
２ａ，ｂ，ｃ，ｄそれぞれのばね定数（剛性）、ｃxi，
ｃyi，ｃzi（ｉ＝１，２，３，４）は能動除振装置１８
０２ａ，ｂ，ｃ，ｄの粘性摩擦係数を示す。ｍは除振台
１８０１の質量、Ｉxx，Ｉyy，Ｉzz，Ｉxy，Ｉxz，Ｉyz
は除振台１８０１の慣性モーメント・慣性乗積、Ｆｘ，
Ｆｙ，Ｆｚは除振台１８０１の重心位置Ｇに作用する
Ｘ，Ｙ，Ｚ各方向の並進推力、Ｍｘ，Ｍｙ，ＭｚはＸ，
Ｙ，Ｚ各軸まわりに作用するモーメントである。装置重
心位置Ｇが未知の場合は、仮想重心位置Ｇ’を定義し、
これを原点として用いる。本実施形態では、装置重心位
置Ｇが既知であるものとして説明を進める。装置重心位
置Ｇが未知であるとし、その位置を推定する手法につい
ては、実施形態７で説明する。

【００９５】また、能動除振装置１８０２ａ，ｂ，ｃ，
ｄには、通常、４つともすべて同じ構造・特性のものを
用いると、Ｘ，Ｙ，Ｚ各方向のばね定数ｋxi，ｋyi，ｋ
zi、および、粘性摩擦係数ｃxi，ｃyi，ｃziは、各方向
ごとにそれぞれ同じ値ｋｘ，ｋｙ，ｋｚ、および、粘性
摩擦係数ｃｘ，ｃｙ，ｃｚとなる。

【００９６】図１８、図２０に示すように、除振台１８
０１が、４つの能動除振装置で防振支持されている場
合、変数の成分はそれぞれの能動除振装置に対応した４
つであるが（ｉ＝１，２，３，４）、例えば、除振台１
８０１が３点で支持されている場合は３つ（ｉ＝１，
２，３）となる。

【００９７】以上のようにして得られた対象運動機構の
運動方程式を、状態方程式として記述すると（３）式の
ようになる。入力はＸ，Ｙ，Ｚ方向の推力及びモーメン
ト、出力はＸ，Ｙ，Ｚ方向の速度及び加速度、角速度及
び角加速度である。

【００９８】

【数３】以上が、ステップ７０の処理である。ステップ７０の処
理は、以下の処理・作業に先立って行なっておき、その
結果得られた（１）式、（２）式等の情報を予め、同定
演算手段１７における物理パラメータ導出手段１８１７
ｂに取り込んでおく。

【００９９】＜ステップ７１の処理＞次に、システム同
定手段１８１７ａにおいて、対象となる運動機構の入出
力特性を、実測データに基いて同定する。システム同定
理論の分野では、対象となるシステム特性の同定を行な
う様々な手法が提案されており、それらの中から適切な
アルゴリズムを選択してシステム同定を行なう。

【０１００】ここで同定対象としている６自由度運動機
構のような多自由度運動機構は、（１）式、（２）式等
から明らかなように多入出力系となる。このような場合
は、同定モデルを、（３）式のような状態方程式におけ
るシステム行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、これらを直接同定
することができる部分空間同定法が有効である。ここで
は、部分空間同定法を用いて運動機構のシステム行列
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを求める方法を例に説明する。部分空間
同定法は、状態空間モデルのシステム行列Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄを同定モデルとする方法であり、本質的に多入出力系
の効率的な同定に適している。

【０１０１】本ステップでは、（４）式のような、加振
手段１８１１を用いた運動機構への加振入力指令信号か
ら、対象運動機構の加速度および角加速度の検出出力信
号までの入出力関係を同定する。

【０１０２】本実施形態では、加振手段１８１１にリニ
アモータなどの電磁駆動アクチュエータを用いることと
している。リニアモータなどの電磁駆動アクチュエータ
は、その駆動指令入力と、それに対するアクチュエータ
発生力の関係が、この種の運動機構の主たる動特性が作
用する周波数領域では、ほぼ、比例関係で記述すること
ができる。従って、（４）式は実質上、加振手段１８１
１による６自由度運動機構への並進推力・回転モーメン
トを入力としている場合と、等価に考えることができ
る。

【０１０３】

【数４】ただし、Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ａ_ｚはＸ，Ｙ，Ｚ方向の加速度出
力信号、Ａ_θｘ，Ａ_θ _ｙ，Ａ_θｚはθ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚ方
向の角加速度出力信号、ｕ_ｘ，ｕ_ｙ，ｕ_ｚは、Ｘ，Ｙ，
Ｚ方向の推力指令信号、ｕ_θｘ，ｕ_θｙ，ｕ_θｚは
θ_ｘ，θ_y，θ_z方向のモーメント指令信号である。

【０１０４】ここで、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の加速度、θ_ｘ，
θ_y，θ_z方向の角加速度は、除振装置各支持部、または
その近傍に備えられた、複数の振動センサ１８０３の検
出方向および幾何配置に基づき、各振動センサの出力信
号をリアルタイムで演算処理して導出する。また、各加
振手段１８１１は、その作用方向および幾何配置を考慮
した演算式に従い、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の推力指令，θ_ｘ，
θ_y，θ_z方向のモーメント指令に基づいて駆動される。
演算処理はいずれも、装置重心位置Ｇを原点とした座標
系に基いて行なわれる。装置重心位置Ｇが未知の場合
は、仮想重心位置Ｇ’を定義し、これを原点として用い
る。

【０１０５】図２２は（３）式の入出力関係を同定する
装置を詳細に示す図である。６自由度運動機構を加振す
るためのＸ，Ｙ，Ｚ方向の推力指令信号、θ_ｘ，θ_y，
θ_z方向のモーメント指令信号は、信号発生手段１８１
２から出力され、推力・モーメント指令を各加振手段１
８１１に分配演算する入力側モード演算回路２２３１、
電流増幅アンプ２２３２からなる信号分配手段１８１３
を介して、各加振手段１８１１に印加される。Ｘ，Ｙ，
Ｚ方向の推力指令信号，θ_ｘ，θ_y，θ_z方向のモーメン
ト指令信号には、相互に無相関なＭ系列信号などの疑似
不規別信号を用いることが望ましい。Ｍ系列信号は、白
色性の２値信号であり、同定対象とする運動機構の多く
の周波数成分を励起することができる。

【０１０６】一方、複数の振動センサ１８０３の出力信
号は、出力側モード演算回路２２３３からなる信号抽出
手段１８１５においてＸ，Ｙ，Ｚ方向の加速度，θ_ｘ，
θ_y，θ_z方向の角加速度に換算される。これらの時系列
の出力データを、加振手段１８１１への推力指令信号と
モーメント指令信号の時系列入力データとともに、デー
タ収集手段１８１６に取り込む。

【０１０７】図２３(ａ)から(ｆ)に入出力データの一例
として、Ｘ，Ｙ方向の推力指令信号ｕ_ｘ，ｕ_ｙ，θ_ｚ方
向のモーメント指令ｕ_θｚ、および、Ｘ，Ｙ方向の加速
度出力信号Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，θ_ｚ方向の角加速度出力信号Ａ
_θｚの実測波形を示す。

【０１０８】データ収集手段１８１６に取り込んだ入出
力データは、システム同定手段１８１７ａにおいて、同
定演算処理が施される。同定演算には、部分空間同定法
を適用する。この処理には、“ＭＡＴＬＡＢ”などに代
表される、市販の数値演算処理ソフトを利用することが
できる。この際、入出力データには、予めデシメーシヨ
ンなどの適切な前処理演算を施しておくことが望まし
い。以上の処理によって、（３）式の入出力特性を表わ
すシステム行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを導く。

【０１０９】なお、ここでは、運動機構へのＸ，Ｙ，Ｚ
方向の推力及びモーメントの指令信号を入力、運動機構
のＸ，Ｙ，Ｚ加速度及び角加速度の出力信号を出力とす
る入出力特性を同定している。

【０１１０】しかし、ここで導出したい物理パラメータ
は、（２）式等のように運動機構に作用するＸ，Ｙ，Ｚ
方向の推力及びモーメントを入力、運動機構のＸ，Ｙ，
Ｚ加速度及び角加速度を出力とする入出力特性に基くも
のである。よって、本ステップでは、必要に応じて、推
力，モーメント指令信号から運動機構に作用する推力，
モーメントのゲイン、および、加速度・角加速度の検出
ゲインを考慮してシステム行列を補正する。

【０１１１】また、実際の運動機構は、ここで例示する
能動除振装置のように、制御が施されている場合が多
い。このような対象において、制御が実施されていない
状態の特性を同定しようとする場合には、制御系閉ルー
プの特性を、制御ループ中にある制御演算装置の特性を
考慮して、開ループの特性に変換する閉ループ同定の手
法を適用すればよい。もちろん、この同定処理のため
に、制御ループを開くことが可能な場合は、直接、制御
動作の影響のない、開ループの特性を直接同定してもよ
い。

【０１１２】＜ステップ７２の処理＞以上のようにして
システム行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを同定したが、通常この種
のシステム同定理論は、実システムの物理量をある一定
の時間間隔ごとにサンプリングした時系列データに基く
離散時間系を対象にしている。一方、運動機構の特性
は、対象運動機構の力学特性に基づく運動方程式など、
連続時間系で取り扱う。

【０１１３】そこで、同定の結果得られた離散時間系の
システム行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを、連続時間系のシステム
行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに変換する。この離散時間系の連続
時間系への変換に関しても、種々のアルゴリズムが提案
されており、それらを活用して変換を行なう。この処理
演算は、システム同定手段１８１７ａで行なう。

【０１１４】＜ステップ７３の処理＞ここまでに得られ
た式、データをもとに、以下、物理パラメータの同定を
行なう。以降の処理演算は、物理パラメータ導出手段１
８１７ｂで行なう。

【０１１５】まず、システム行列Ｄに着目して、除振台
１８０１の質量ｍ、慣性モーメント・慣性乗積Ｉxx，Ｉ
yy，Ｉzz，Ｉxy，Ｉxz，Ｉyzを導出する。このステップ
を実施せず、以降、説明するステップの処理のみでも、
これらのパラメータを同定することは可能である。しか
し、未知の物理パラメータが多い場合、以降に説明する
装置・方法のみでは、適切な同定が行なえない場合があ
ること、未知パラメータを削減できれば、代数演算の負
荷を低滅できること、などから、本ステップを効果的に
実施することが望ましい。もちろん、設計段階で、これ
らの物理パラメータが既知で、かつ、その特性値の変化
の可能性がなければ、このステップは省略可能である。

【０１１６】以下、本ステップでの動作を説明する。

【０１１７】（１）、（２）式等から明らかなように、
さきに同定した運動機構の入出力特性を、入力を運動機
構に作用する推力・モーメント、出力を加速度・角加速
度とすると、システム行列Ｄは、除振台１８０１の質
量、慣性モーメント、慣性乗積で与えられることがわか
る。状態方程式によるシステム特性の表現は、状態量と
してどのようなパラメータをとるかによりシステム行列
Ａ，Ｂ，Ｃが変わるという特徴があるが、システム行列
Ｄは、対象となる運動機構への入力と出力の伝達特性を
直接的に定義する項である。つまり、入力と出力の物理
量の関係を直接記述する項であり、状態量のとり方とは
無縁に一意に決まるものである。

【０１１８】よって、さきのステップ７１，７２で、部
分空間同定法などを適用して同定したシステム行列Ｄ
と、（１）、（２）式等のシステム行列Ｄの関係を比較
することにより、除振台１８０１の質量、慣性モーメン
ト、慣性乗積の値を同定することができる。

【０１１９】＜ステップ７４，７５の処理＞最後に、物
理パラメータの同定を行なう。ここでは、前のステップ
で、除振台１８０１の質量、慣性モーメント、慣性乗積
などの慣性に関する物理的特性値が導出されていると
し、残りのパラメータ、つまり、能動除振装置１８０２
を構成する支持手段のばね定数、粘性摩擦係数などの同
定について説明する。ここで残っている未知の物理パラ
メータは、Ｘ，Ｙ，Ｚ各方向のばね定数ｋｘ，ｋｙ，ｋ
ｚ、および、粘性摩擦係数ｃｘ，ｃｙ，ｃｚである。

【０１２０】本発明では、状態方程式において状態量を
どのように定義しても、対象となる運動機構の特性多項
式は同じものになる、つまり、先のステップ７１，７２
で実システムの同定結果として得られたシステム行列
と、（２）式等に記載されたシステム行列は、共に特性
多項式が同じになる、という点に着目して、物理パラメ
ータを同定する。

【０１２１】（２）式等に記載されたシステム行列Ａ，
Ｂ，Ｃと、ステップ７１，７２においてシステム同定手
段１８１７ａにて導出したシステム行列Ａ，Ｂ，Ｃは、
状態量が必ずしも一致しないため、双方は、同じものに
はなるとは限らない。ステップ７１で行なったシステム
同定方法では、状態方程式における状態量を任意に選ぶ
ことができないためである。しかし、対象システムが同
じものであれば、システム固有の特性、固有値、特性多
項式は同じものになる。従って、ステップ７１，７２で
実システムの同定結果として得られたシステム行列と、
（２）式等に記載されたシステム行列は、共に同じ特性
多項式を有する。本発明では、この点に着目して、物理
パラメータの同定を行なう。

【０１２２】なお、この処理は、ステップ７１，７２で
同定したシステム次数と、運動機構の運動方程式などで
記述されるモデルのシステム次数が−致していることが
前提となる。例えば、ここで例示する６自由度運動機構
は、（１）式や（２）式等から明らかなように１２次の
システム、つまり、システム行列Ａの固有値が１２個存
在する。よって、ステップ７１，７２におけるシステム
行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄも、予め１２次のモデルであるとし
て、同定処理演算を行なっておく必要がある。

【０１２３】以下、物理パラメータの同定手順を具体的
に説明する。

【０１２４】まず、運動方程式などをベースに構築し
た、（３）式の状態方程式に基き、システムの特性多項
式を求める（ステップ７４ａ）。本実施形態で対象とし
ている運動機構は、１２次のシステムなので、得られる
特性多項式は以下のようになる。

【０１２５】ｓ¹²+ ａ₁₁ｓ¹¹ + ａ₁₀ｓ¹⁰ + ・・・・+ ａ₂ｓ² + ａ₁ｓ +ａ₀…（５）（５）式は、ラプラス演算子ｓ、システム行列Ａと同じ
次数の単位行列Ｉとしたとき、（６）式のようにまとめ
ることができる。

【０１２６】ｄｅｔ(ｓＩ−Ａ) ・・・（６）ここで、運動方程式をベースに構築した（２）式等のシ
ステム行列は、未知の物理パラメータを合む代数行列で
記述される。よって、（５）式中ｓの係数a₁₁，…，ａ₀
は未知の物理パラメータの代数式として与えられる。

【０１２７】次に、同様にして、ステップ７１，７２に
おける処理によって得られたシステムの特性多項式を求
める（ステップ７４ｂ）。

【０１２８】ｓ¹²+ ａ'₁₁ｓ¹¹ + ａ'₁₀ｓ¹⁰ + ・・+ ａ'₂ｓ² + ａ'₁ｓ +ａ'₀…（７）ここで、同定の結果得られたシステム行列は数値行列に
なるので、（７）式の、ｓの係数ａ'₁₁，…ａ'₀は、す
べて数値（関数を含まない定係数）になる。

【０１２９】最後に、（５）式、（７）式、双方の特性
多項式の係数を比較し、未知の物理パラメータを同定す
る。つまり、ａ₁₁とａ'₁₁、ａ₁₀とａ'₁₀，…，ａ₀とａ'
₀が等しくなるという条件に従って、未知の物理パラメ
ータを導出する。

【０１３０】係数比較による物理パラメータの推定は、
未知の物理パラメータの数と、比較する係数の数、すな
わち、条件式が同じ場合は、連立方程式を解くという手
法で容易に行なえる。

【０１３１】本実施形態のように、未知の物理パラメー
タの数が条件式の数より少ない、あるいは、さきに構築
した運動方程式ではモデル化されていない部分の特性の
影響が小さくない場合には、最適化の手法を用いて、未
知の物理パラメータ同定すればよい。最急降下法を用い
た未知の物理パラメータの導出は、（５）式、（７）式
の特性多項式の係数差を最小にすべく、（８）式の評価
関数を設定し、これを最小化するような処理演算を実施
することによって行なうことができる。

【０１３２】

【数８】この評価関数は、未知の物理パラメータξ_j（ｊ＝１，
２，…，６）の関数として記述される。ここで、ξ
_jは、未知の物理パラメータｋｘ，ｋｙ，ｋｚ，ｃｘ，
ｃｙ，ｃzである。

【０１３３】そして、未知の物理パラメータξ_jに適切
な初期値を設定し、以下の（９）式の演算を繰返し行な
うことによって、この評価関数Ｊが最小となる物理パラ
メータξ_jの数値を求める。

【０１３４】

【数９】ここでσは、適切な正数である。

【０１３５】以上のような手順・構成で、対象の６自由
度運動機構の物理パラメータを同定することができる。

【０１３６】なお、対象となる運動機構の減衰特性が十
分に小さい場合は、能動除振装置１８０２の粘性摩擦係
数もゼロとして同定演算を行なえば、より同定演算処理
を簡単にすることができる。この場合、（２）式等，
（３）式を、より簡単なものにすることができ、
（５）、（７）式もｓの偶数乗の項以外はゼロとなる。
特に、空気ばねを防振支持手段に用いた除振装置は、一
般に、機械部品による受動的な減衰特性が小さいことが
知られており、このような場合は、比較的容易に対の物
理パラメータを同定することが可能である。対象が、空
気ばねを用いたタイプの能動除振装置であり、制御ルー
プによって特性が調整され、減衰特性が付与されている
場合でも、閉ループ同定の手法を駆使することによっ
て、容易に開ループ特性、つまり、パッシブな状態の特
性を同定でき、パッシブな減衰係数が十分に小さいとい
う前提条件のもとに、比較的簡単に構成要素のメカ特性
の同定を行なうことができる。

【０１３７】（実施形態７）実施形態６では、装置の重
心位置が既知であるとして説明したが、ここでは、装置
の重心位置Ｇが未知の場合に、その真の重心位置Ｇを推
定する方法について説明する。

【０１３８】まず、装置の重心位置を仮に設定し、これ
を仮想重心位置Ｇ’とする。そして、仮想重心位置Ｇ’
と真の重心位置ＧとのＸ，Ｙ，Ｚ各方向の距離を図２４
に示すように、Ｌ_ｘ，Ｌ_ｙ，Ｌ_ｚとする。この際、装置
の真の重心位置Ｇが、仮想重心位置Ｇ’より、Ｘ，Ｙ，
Ｚ座標系で正の方向にある場合は、Ｌ_ｘ，Ｌ_ｙ，Ｌ_ｚに
正の極性を、負の方向にある場合は、負の極性を定義す
る。

【０１３９】次に、仮想重心位置Ｇ’と真の重心位置Ｇ
との位置の差異の情報を盛り込んで、（３）式の運動方
程式を書き直す。

【０１４０】仮想重心位置Ｇ’に作用するＸ，Ｙ，Ｚ方
向の並進推力、θ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚまわりの回転モーメン
トをそれぞれ、Ｆ_x0，Ｆ_y0，Ｆ_z0，Ｍ_x0，Ｍ_y0，Ｍ_z0と
し、真の重心位置Ｇに作用するＸ，Ｙ，Ｚ方向の並進推
力，θ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚまわりの回転モーメントを、それ
おぞれ、Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙ，Ｆ_ｚ，Ｍ_ｘ，Ｍ_ｙ，Ｍ_ｚとする
と、両者の関係は、（１０）式のようになる。

【０１４１】

【数１０】同様に、仮想重心位置Ｇ’のＸ，Ｙ，Ｚ方向の並進加速
度出力、仮想重心位置Ｇ’のθ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚまわりの
回転角加速度出力をそれぞれ求めると以下のようにな
る。

【０１４２】d²/dt²(ｘ₀)，d²/dt²(ｙ₀)，d²/dt²(ｚ₀),
d²/dt²(θ_x0)，d²/dt²(θ_y0)，d²/dt²(θ_z0) ここで、「d²/dt²（パラメータ）」なる記述はかっこ内
のパラメータを時間に関して２階微分することを示すも
のである。

【０１４３】また、真の重心位置ＧのＸ，Ｙ，Ｚ方向の
並進加速度出力、真の重心位置Ｇまわりの回転角加速度
出力を求めると、それぞれは以下のようになる。

【０１４４】d²/dt²(ｘ)，d²/dt²(ｙ)，d²/dt²(ｚ),d²/
dt²(θ_ｘ),d²/dt²(θ_ｙ),d²/dt²(θ_ｚ), 両者の関係は（１１）式のようになる。

【０１４５】

【数１１】これらの関係を（２）式等の状態方程式に作用させシス
テムへの入力を仮想重心位置Ｇ’に作用する並進推力・
回転モーメント、出力を仮想重心位置Ｇ’の並進加速
度、仮想重心位置Ｇ’まわりの回転角加速度として、状
態方程式を整理すると、システム行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
は、以下の（１２）式のようになる。

【０１４６】

【数１２】よって、仮想重心位置Ｇ’を原点とする座標系に対し
て、実施形態６におけるステップ７１，７２の処理を行
なってシステム行列Ｄを求め、その要素を（１１）式の
システム行列Ｄの要素と比較すれば、除振台１８０１の
質量、慣性モーメント、慣性乗積とともに、仮想重心位
置G'と真の重心位置との距離Ｌ_ｘ，Ｌ_ｙ，Ｌ_ｚを推定す
ることができる。この処理は、図２１におけるステップ
７３で実施することが望ましい。ここで得られた重心位
置の情報を（２）式等、（３）式に反映させ、実施形態
６で開示した手順に従って作業を進めれば、ばね定数や
粘性摩擦係数などの物理パラメータをより正確に同定す
ることができる。

【０１４７】（実施形態８）運動機構を構成する要素の
変動しうる物理パラメータのうち、慣性に関するもの以
外のものの総数がシステム次数と等しいか、それより少
ない場合は、実施形態６、７に記載した手法で、それら
すべての要素の物理パラメータの変動を知ることがで
き、装置構成要素の特性変動を伴う、装置異常を診断・
検出することが可能である。

【０１４８】運動機構を構成するメカ的・電気的要素の
物理的特性値の経時的変化を監視して、その状態を自己
診断し、異常を検出する。ＸＹステージ、能動除振装置
など、大規模な装置に組み込まれた運動機構、および、
それを構成するメカ的・電気的要素の特性を同定して、
システム全体の自己診断や異常検出を行なうことも可能
である。物理的パラメータを同定する装置を組込んで、
動特性の経時的変化を監視して、その変化を装置の制御
則に反映させる露光装置も、本発明の趣旨に含まれる。
例えば、図２５に模式的に表わした６自由度運動機構を
考える。

【０１４９】この６自由度運動機構は、鉛直・水平各１
方向のみに、ばね・減衰要素を有する能動除振装置１８
０２ａ，ｂ，ｃと、それら３つの能動除振装置で支持さ
れた除振台１８０１からなる。この運動機構では、水平
のばね・減衰要素は、除振台１８０１の３つの支持点を
頂点とする三角形の各辺に平行に配置されている。ここ
で、未知の物理パラメータを各支持部の鉛直及び水平方
向のばね定数をそれぞれｋv1，ｋv2，ｋv3及びｋh1，ｋ
h2，ｋh3とし、鉛直及び水平方向の粘性摩擦係数をそれ
ぞれｃv1，ｃv2，ｃv3及びｃh1，ｃh2，ｃh3とすると、
６自由度運動機構のシステム次数は１２次に対して、未
知パラメータ１２となり、実施形態６、７で開示した手
法と同じ手法で、これらの物理パラメータを同定するこ
とができる。ただし、除振台１８０１の質量、慣性モー
メントは、システム行列Ｄに着目して同定するものとす
る。

【０１５０】実施形態６では、除振装置支持部の鉛直方
向のばね定数はすべて同じ値としたが、ここでは、それ
らはすべて別の値をとりうるという前提にたっている。
この手法によれば、装置を構成する要素のうち複数配置
された同種の要素の個々についても、経時的な特性変動
を捉えることができ、装置の異常を診断・検出すること
が可能である。なお、この手法は、対象のばね定数、減
衰係数、慣性に関する物理的特性値のみを同定するもの
ではない。例えば、未知パラメータをアクチュエータの
推力定数や振動センサの特性パラメータにすれば、これ
ら要素部品の異常検出方法として機能させることも可能
である。

【０１５１】（実施形態９）実施形態６、７の説明にお
いて、対象とする運動機構の特性多項式は、システム行
列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをシステム同定理論の手法により同定
したが、正弦波掃引加振によって得られた対象運動機構
の周波数特性に対してカーブフィット、極零解析などの
処理を施し、得られたシステムの極、固有値に基いて、
特性多項式を構築することもできる。

【０１５２】この場合は、まず、データ収集手段１８１
６に記録した時系列データに基づき、加振手段１８１１
による運動機構への作用を入力、それに対する運動機構
の運動状態を出力としたときの、入出力間のゲイン、位
相関係に関する周波数応答特性を導出する。

【０１５３】そして、得られた周波数特性に対してカー
ブフィット、極零解析などの処理を施し、対象運動機構
の固有値を導出する。特性多項式は、対象運動機構の固
有値を例えば、Ｐ₁，Ｐ₂，…Ｐ₁₂とおいた場合（１３）
式となる。

【０１５４】（s−Ｐ₁)(s−Ｐ₂)・・・（s−Ｐ₁₂）・・・（１３）こうして得られた特性多項式を用いて、実施形態６で開
示した処理を行なえば、物理パラメータの同定は可能で
ある。

【０１５５】実施形態６乃至９にかかる発明では、多自
由度の運動機構の入出力特性と、運動機構を構成するメ
カ的・電気的要素の特性を表わす物理パラメータとを、
運動機構の挙動特性を支配する特性多項式に着目するこ
とによって結び付け、従来は困難であった多自由度運動
機構の構成要素の物理パラメータを、系統的に、効率よ
く導出する装置・手法を提案・開示した。これにより、
従来は、熟練した作業者の知識と経験に大きく依存し
て、試行錯誤的作業を交えながら行なってきたこの種の
作業を、短時間に効率良く、かつ、必要な精度で行うこ
とが可能となる。これにより、装置の特性の迅速かつ正
確な把握が可能となり、制御設計や機構系再設計に、よ
り詳細な情報を提供することができ、精密機器を構成す
る運動機構の特性向上に大きく寄与することができる。

【０１５６】また、本手法及び装置は、対象の力学モデ
ルが特定されていれば、比較的短時間で、装置を構成す
る各要素の特性を同定することが可能となり、装置の生
産効率、運転効率を犠牲にすることなく、半導体露光装
置のような産業機器の自己診断や異常検出を迅速に行な
うことができる。

【０１５７】また、装置の稼働によって生じる運動機構
の経時的に特性変化を予想し、適切なタイミングで定期
的な診断・保守作業を行なうことが可能となる。特性の
変化を時系列に捉え、これを制御則に反映することで、
装置の性能を能動的に維持することが可能になる。

【０１５８】（デバイス生産方法の実施形態）次に上記
説明した露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施
形態を説明する。

【０１５９】図１０は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ス
テップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成し
たマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）
ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によ
って作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程
であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【０１６０】図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明したシステム同定機能
を有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエ
ハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光した
ウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現
像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９
（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となった
レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行な
うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成
される。

【０１６１】本実施形態の生産方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造
することができる。

【０１６２】なお上述の実施形態１乃至９及びデバイス
生産方法の実施形態においては、本発明のシステム同定
機能を主に半導体露光装置に適用する例について述べた
が、本発明は、半導体露光装置以外の半導体製造装置
や、半導体以外の例えば液晶デバイスを製造する際に用
いられる露光装置においても適用可能である。

【０１６３】また、上述においては、疑似不規則信号と
して最も一般的なＭ系列信号を用いた例を示したが、他
の疑似不規則信号を用いることも可能である。特に、ア
クチュエータごと、または運動自由度ごとに独立に印加
する疑似不規則信号は、１種類でも足りるため、必ずし
もＭ系列信号である必要はない。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、（１）疑似不規則信号の加振によって取得できる運動機
構の特性は精度の高いものであり、設計、保守のための
データとして有効に活用することができる。取得したデ
ータは自己診断のために解析・評価され、装置の性能を
一定水準に維持することを可能にする。かかる信号発生
手段を装置内部に備えることにより、加振条件を統一し
た解析・評価が可能になる。

【０１６５】（２）疑似不規則信号の入力は、極めて短
時間で済み、正弦波による加振のように運動機構に過大
な負荷を与えないという効果がある。

【０１６６】（３）運動機構の自己診断は、半導体製造
装置の稼働を止めることなく短時間で行なえるので、生
産性を落とすことなく、適切なタイミングで保守の時期
を見定め、これを実行することが可能となる。

【０１６７】（４）オペレータは運動機構の出力に応じ
て信号取得のレンジを設定することができ、その同定結
果を認識しやすいように表示することが可能となる。

【０１６８】（５）熟練した作業者の知識と経験に依存
した試行錯誤的作業によることなく運動機構の特性を表
わす物理パラメータを効率よく導出し、その特性の変化
を経時的に把握して、運動機構の制御則に反映すること
で装置の性能を能動的に維持することが可能になる。

【０１６９】（６）比較的短時間で、装置を構成する各
要素の特性を同定することが可能となり、装置の生産効
率、運転効率を犠牲にすることなく、半導体露光装置の
ような産業機器の自己診断や異常検出を迅速に行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るシステム同定機能を
有する半導体露光装置の構成を示す図である。

【図２】Ｍ系列の出力波形の一例を示す図である。

【図３】Ｍ系列の加振に対する応答波形の一例を示す図
である。

【図４】アクティブ除振装置とそれに搭載されたＸＹス
テージの構造を示す図である。

【図５】本発明の他の実施形態に係るシステム同定機能
を有する半導体露光装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】アクティブ除振装置の加振によって求められる
ステージの外乱抑圧率を示す図である。

【図７】正弦波の加振で測定した周波数応答（イナータ
ンス）を示す図である。

【図８】Ｍ系列の加振で測定した周波数応答（イナータ
ンス）を示す図である。

【図９】図９は、イナータンスの周波数応答を示す図で
ある。

【図１０】微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図１１】図１０におけるウエハプロセスの詳細な流れ
を示す図である。

【図１２】システム同定装置において同定結果を表示処
理するための構成を示す図である。

【図１３】条件設定ウィンドウの構成を示す図である。

【図１４】同定結果の表示例を示す図である。

【図１５】同定結果を詳細に表示するために対応する要
素ごとに画面を分割して表示する図である。

【図１６】同定装置の外観構成を示す図である。

【図１７】除振装置を同定するために同定装置が印加す
る信号と、受信する信号とを示す図である。

【図１８】システム同定装置において、物理パラメータ
の導出処理をするための構成を示す図である。

【図１９】対象運動機構の一例である能動除振装置の構
造を示す図である。

【図２０】運動機構を６自由度（XYZ方向の並進、回
転）で支持する構成図である。

【図２１】物理パラメータの導出手順を示す図である。

【図２２】物理パラメータを導出するためのデータ処理
を示すブロック図である。

【図２３】入出力信号の一例を示す図である。

【図２４】運動機構の真の重心位置Ｇと仮想重心位置
Ｇ'との位置関係を表わす図である。

【図２５】特性の同定を実施する運動機構の例を示す図
である。

【符号の説明】

１露光装置本体５運動モード抽出演算手段８運動モード分配演算手段１０多チャンネル・無相関・M系列信号発生器１１スイッチ１２データ記憶部１３プリフィルタリング１４システム同定部１５特性抽出・診断部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者間山武彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者加藤宏昭東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】疑似不規則信号を発生し、運動機構にお
いてその運動を制御するためのアクチュエータに印加す
る疑似不規則信号発生手段と、該疑似不規則信号の時系列データとともに前記運動機構
の運動状態を計測するセンサの時系列データを収集して
記憶するデータ記憶手段と、該データ記憶手段に記憶された時系列データに対してフ
ィルタリングを施すプリフィルタリング手段と、該プリフィルタリング手段で処理したデータに対して数
学モデルを導出するシステム同定手段と、該システム同定手段が導出する数学モデルを使って前記
運動機構の特性値を導出する特性抽出・診断手段と、を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記疑似不規則信号発生手段は、前記運
動機構が制御のために備える複数のアクチェエータのそ
れぞれと１対１で対応する互いに無相関な複数個の疑似
不規則信号を全アクチュエータ同時に印加することを特
徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記疑似不規則信号発生手段は、一つの
疑似不規則信号を前記運動機構が制御のために備えるア
クチュエータごと独立に印加するためのスイッチ手段を
有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】前記疑似不規則信号発生手段は、前記運
動機構の運動自由度の個数と同数でかつ互いに無相関な
複数個の疑似不規則信号をそれぞれの運動自由度に対応
して同時に印加することを特徴とする請求項１に記載の
露光装置。
【請求項５】前記疑似不規則信号発生手段は、一つの
疑似不規則信号を前記運動機構の運動自由度ごと独立に
印加するためのスイッチ手段を有することを特徴とする
請求項１に記載の露光装置。
【請求項６】前記特性値は、周波数応答、前記運動機
構の物理パラメータ、共振周波数、減衰率、ゲイン余
裕、位相余裕、および露光装置内で計測不可能な部位の
物理情報のいずれか少なくとも１つまたは全部であるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
露光装置。
【請求項７】前記アクチュエータは電磁モータである
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載
の露光装置。
【請求項８】前記運動機構は、露光装置の本体構造体
を防振支持するためのアクティブ除振装置であることを
特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の露光
装置。
【請求項９】前記運動機構は、露光装置に対してシス
テム同定を行なうために外付けされることを特徴とする
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項１０】前記疑似不規則信号はＭ系列信号であ
ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記
載の露光装置。
【請求項１１】疑似不規則信号を発生し、運動機構に
おいてその運動を制御するためのアクチュエータに印加
する疑似不規則信号発生手段と、該疑似不規則信号の時系列データとともに前記運動機構
の運動状態を計測するセンサの時系列データを収集して
記憶するデータ記憶手段と、該データ記憶手段に記憶された時系列データに対してフ
ィルタリングを施すプリフィルタリング手段と、該プリフィルタリング手段で処理したデータに対して数
学モデルを導出するシステム同定手段と、該システム同定手段が導出する数学モデルを使って前記
運動機構の特性値を導出する特性抽出・診断手段と、を備えることを特徴とする除振装置。
【請求項１２】前記疑似不規則信号発生手段は、前記
運動機構が制御のために備える複数のアクチュエータの
それぞれと１対１で対応する互いに無相関な複数個の疑
似不規則信号を全アクチュエータに同時に印加すること
を特徴とする請求項１１に記載の除振装置。
【請求項１３】前記疑似不規則信号発生手段は、一つ
の疑似不規則信号を前記運動機構が制御のために備える
アクチュエータごと独立に印加するためのスイッチ手段
を有することを特徴とする請求項１１に記載の除振装
置。
【請求項１４】前記疑似不規則信号発生手段は、前記
運動機構の運動自由度の個数と同数でかつ互いに無相関
な複数個の疑似不規則信号をそれぞれの運動自由度に対
応して同時に印加することを特徴とする請求項１１に記
載の除振装置。
【請求項１５】前記疑似不規則信号発生手段は、一つ
の疑似不規則信号を前記運動機構の運動自由度ごと独立
に印加するためのスイッチ手段を有することを特徴とす
る請求項１１に記載の除振装置。
【請求項１６】前記特性値は、周波数応答、前記運動
機構の物理パラメータ、共振周波数、減衰率、ゲイン余
裕、位相余裕、および除振装置内で計測不可能な部位の
物理情報のいずれか少なくとも１つまたは全部であるこ
とを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１つに記
載の除振装置。
【請求項１７】前記アクチュエータは電磁モータであ
ることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１つ
に記載の除振装置。
【請求項１８】前記運動機構は露光装置の本体構造体
を防振支持することを特徴とする請求項１１乃至１７の
いずれか１つに記載の除振装置。
【請求項１９】前記運動機構は、除振装置に対してシ
ステム同定を行なうために外付けされることを特徴とす
る請求項１１乃至１７のいずれか１つに記載の除振装
置。
【請求項２０】前記疑似不規則信号はＭ系列信号であ
ることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１つ
に記載の除振装置。
【請求項２１】システム同定方法であって、運動機構においてその運動を制御するためのアクチュエ
ータに疑似不規則信号を印加する工程と、この疑似不規則信号の時系列データとともに前記運動機
構の運動状態を計測するセンサの時系列データを収集し
てデータ記憶手段に記憶させる工程と、該データ記憶手段に記憶された時系列データに対してフ
ィルタリングを施す工程と、該フィルタリングしたデータを使ってシステムを同定す
る工程と、該システムの同定によって算出した数学モデルを使って
前記運動機構の特性値を導出する工程と、を備えることを特徴とするシステム同定方法。
【請求項２２】前記疑似不規則信号として前記運動機
構が制御のために備える複数のアクチュエータのそれぞ
れと１対１で対応する互いに無相関な複数個の疑似不規
則信号を、全アクチュエータに同時に印加することを特
徴とする請求項２１に記載のシステム同定方法。
【請求項２３】前記疑似不規則信号として一つの疑似
不規則信号を、スイッチ手段を介して前記運動機構が制
御のために備えるアクチュエータごと独立に印加するこ
とを特徴とする請求項２１に記載のシステム同定方法。
【請求項２４】前記疑似不規則信号として前記運動機
構の運動自由度の個数と同数でかつ互いに無相関な複数
個の疑似不規則信号を、それぞれの運動自由度に対応し
て同時に印加することを特徴とする請求項２１に記載の
システム同定方法。
【請求項２５】前記疑似不規則信号発生手段は一つの
疑似不規則信号を、スイッチ手段を介して前記運動機構
の運動自由度ごと独立に印加することを特徴とする請求
項２１に記載のシステム同定方法。
【請求項２６】前記特性値は、周波数応答、前記運動
機構の物理パラメータ、共振周波数、減衰率、ゲイン余
裕、位相余裕、および運動機構内で計測不可能な部位の
物理情報のいずれか少なくとも１つまたは全部であるこ
とを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１つに記
載のシステム同定方法。
【請求項２７】前記運動機構は、露光装置の本体構造
体を防振支持するためのアクティブ除振装置であること
を特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか１つに記載
のシステム同定方法。
【請求項２８】前記運動機構は露光装置に対してシス
テム同定を行なうために外付けされることを特徴とする
請求項２１乃至２６のいずれか１つに記載のシステム同
定方法。
【請求項２９】前記疑似不規則信号はＭ系列信号であ
ることを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれか１つ
に記載のシステム同定方法。
【請求項３０】デバイス製造方法であって、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の露光装置を準
備する工程と、前記準備した露光装置によりデバイスを製造する工程
と、を備えることを特徴とするシステム同定方法。
【請求項３１】基準信号を前記装置に入力する手段
と、前記入力された信号に基づき前記装置を励振する手段
と、前記装置の励振の結果を出力信号として取得する手段
と、前記基準信号と、前記出力信号とに基き、該装置の特性
を同定する手段と、前記同定された特性を経時的に捕捉して、該装置の特性
の変化を自己診断する手段と、を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項３２】前記自己診断に従い、該装置の特性が
所定の基準値を超えた場合は、異常を報知するための手
段を更に備えることを特徴とする請求項３１に記載の露
光装置。
【請求項３３】前記装置の特性は、周波数応答、共振
周波数、減衰率、ゲイン余裕、位相余裕、のいずれか少
なくとも１つにより定義されることを特徴とする請求項
３１に記載の露光装置。
【請求項３４】前記出力信号を取得する手段は、前記
装置の励振と同一の座標軸方向に配置されることを特徴
とする請求項３１に記載の露光装置。
【請求項３５】前記出力信号を取得する手段は、加速
度センサ、位置センサ、圧力センサのいずれか少なくと
も１つを含むことを特徴とする請求項３２に記載の露光
装置。
【請求項３６】基準信号を一の運動機構に入力する手
段と，前記入力された信号に基づき前記一の運動機構を
励振する手段と、前記一の運動機構と、該運動機構に設けられた他の運動
機構と、の相対的な励振の結果を出力信号として取得す
る手段と、前記基準信号と、前記出力信号とに基き、複数の運動機
構を含む該装置の特性を同定する手段と、前記同定された特性を経時的に捕捉して、該装置の特性
の変化を自己診断する手段と、を備えることを特徴とする除振装置。
【請求項３７】前記相対的な励振の結果を出力信号と
して取得する手段は、レーザ干渉計であることを特徴と
する請求項３６に記載の除振装置。
【請求項３８】露光装置であって、請求項３６に記載の除振装置を用いて、運動機構の振動
を除振するための手段を備えることを特徴とする露光装
置。
【請求項３９】システム同定装置であって、対象システムの特性を同定するために、該対象に印加さ
れる基準となる入力信号を生成する手段と、前記入力信号と該入力信号に対応した出力信号とをアナ
ログ若しくはデジタルデータに変換する手段と、前記出力信号の取得条件を設定するための手段と、前記入力信号及び前記出力信号とに基き前記対象システ
ムの特性を同定する演算を行なう手段と、前記同定演算の結果を前記設定された取得条件に基き表
示する表示制御手段と、を備えることを特徴とするシステム同定装置。
【請求項４０】前記入力信号を生成する手段が生成す
る入力信号は、白色信号、あるいは擬似白色２値信号、
あるいはＭ系列信号であることを特徴とする請求項３９
に記載のシステム同定装置。
【請求項４１】前記出力信号の取得条件を設定するた
めの手段は、受信しようとする信号で、前記対象システ
ムの入力信号に対する応答を計測する複数の信号取得手
段からの信号を個別に受付ける設定をし、更に該設定さ
れた信号取得手段の検出感度を個別に設定することを特
徴とする請求項３９に記載のシステム同定装置。
【請求項４２】前記表示制御手段は、同定の結果に基
き周波数特性のゲイン線図と位相線図の両方あるいは一
方を、若しくは極零配置図を表示手段に表示することを
特徴とする請求項３９に記載のシステム同定装置。
【請求項４３】前記表示制御手段は、同定の結果に基
き前記対象システムの特性を物理的に記述する差分方程
式あるいは微分方程式の離散化した係数要素を表示手段
に表示することを特徴とする請求項３９に記載のシステ
ム同定装置。
【請求項４４】前記離散化した係数要素は、前記対象
システムの質量成分と、剛性を定義する共振周波数と、
減衰係数を含むことを特徴とする請求項４３に記載のシ
ステム同定装置。
【請求項４５】前記表示制御手段は、前記設定された
受信信号の受付けが複数ある場合は、画面表示を分割し
て、それぞれの受信信号に基づく同定結果を表示手段に
表示することを特徴とする請求項３９に記載のシステム
同定装置。
【請求項４６】前記対象システムの特性を同定する演
算を行なう手段は、前記対象システムの並進方向の３自
由度と回転方向の３自由度方向の同定演算することを特
徴とする請求項３９に記載のシステム同定装置。
【請求項４７】システム同定装置であって、対象システムの特性を同定するために、該対象システム
に印加される基準となる入力信号を生成する信号発生手
段と、前記入力信号を分配して該対象システムを駆動する駆動
手段と、前記対象システムの運動状態を計測するセンサ
と、前記信号発生手段が発生する信号と前記センサの出力信
号とを時系列データとして格納するデータ収集手段と、前記入力信号と、前記出力信号とに基き前記対象システ
ムの特性をモデル化するための同定演算手段と、を備
え、前記同定演算手段は、前記データ収集手段に格納された
時系列のデータに基づいて、前記対象システムの特性の
変化を自己診断することを特徴とするシステム同定装
置。
【請求項４８】前記信号発生手段により生成された信
号に線形座標変換処理若しくは、フィルタリング処理を
施す第１の補助演算手段を更に備え、該処理により得ら
れた信号は、前記信号発生手段により生成された信号と
の関係において相関関係を形成することを特徴とする請
求項４７に記載のシステム同定装置。
【請求項４９】前記第１の補助演算手段は、前記信号
発生手段により生成された前記対象システムの並進、回
転の各運動モードに対応する信号を入力とし、複数配置
された駆動手段に対応する信号に応じた並進推力、回転
モーメントを作用させるための駆動指令信号を出力とす
ることを特徴とする請求項４８に記載のシステム同定装
置。
【請求項５０】前記対象システムに対する前記駆動手
段の駆動力を測定する力センサを更に備え、前記データ収集手段は、前記対象システムに対する前記
駆動手段の駆動指令に相当する信号として、前記力セン
サの出力信号、若しくはその信号に適切な演算処理を施
した信号の時系列データを格納することを特徴とする請
求項４７乃至４９のいずれか１つに記載のシステム同定
装置。
【請求項５１】前記データ収集手段は、前記力センサ
の出力信号を演算処理して抽出した前記駆動手段による
前記対象システムへの並進推力、回転モーメントに相当
する信号の時系列データを格納することを特徴とする請
求項５０に記載のシステム同定装置。
【請求項５２】前記対象システムの運動状態を計測す
る前記センサの出力信号に適切な演算処理を施す第２の
補助演算手段を更に備え、前記データ収集手段は前記対
象システムの運動状態として、前記センサの出力信号の
代わりに前記第２の補助演算手段の出力信号を時系列デ
ータとして格納することを特徴とする請求項４７乃至５
１のいずれか１つに記載のシステム同定装置。
【請求項５３】前記第２の補助演算手段は、複数配置
された前記センサの出力信号を入力とし、前記対象シス
テムの並進、回転の各運動モードごとに対応する信号を
抽出して出力することを特徴とする請求項５２に記載の
システム同定装置。
【請求項５４】前記信号発生手段は、疑似不規則信号
を生成することを特徴とする請求項４７乃至５３のいず
れか１つに記載のシステム同定装置。
【請求項５５】前記信号発生手段は、相互に無相関な
複数の疑似不規則信号を生成することを特徴とする請求
項４７乃至５３のいずれか１つに記載のシステム同定装
置。
【請求項５６】前記疑似不規則信号は、Ｍ系列信号で
あることを特徴とする請求項５４に記載のシステム同定
装置。
【請求項５７】請求項５５に記載のシステム同定装置
であって、前記疑似不規則信号は、Ｍ系列信号である。
【請求項５８】前記同定演算手段は、前記データ収集
手段に格納された時系列データに対して部分空間同定法
を適用し、前記駆動手段による対象システムへの駆動指
令を入力とし、それに対する該対象システムの運動状態
を出力として、前記対象システムの入出力特性を表わす
モデルを導出することを特徴とする請求項４７乃至５７
のいずれか１つに記載のシステム同定装置。
【請求項５９】前記同定演算手段で導出されるモデル
は、導出しようとする未知の物理的特性値を含む対象シ
ステムの運動方程式から導出した状態方程式と同じ次数
であることを特徴とする請求項４７乃至５８のいずれか
１つに記載のシステム同定装置。
【請求項６０】前記同定演算手段は、導出しようとす
る未知の物理的特性値を含む対象システムの状態方程式
に基き作成した特性多項式と、前記対象システムの入出
力特性に基く数学モデルから導出した該対象システムの
特性多項式とを比較して、相互に対応する係数の比較に
より未知係数を決定して前記未知の物理的特性値を導出
することを特徴とする請求項４７または５９のいずれか
に記載のシステム同定装置。
【請求項６１】前記特性多項式の係数比較による未知
の物理的特性値は、それぞれの特性多項式の対応する係
数の２乗和を最小化する係数値の探索により導出される
ことを特徴とする請求項６０に記載のシステム同定装
置。
【請求項６２】前記信号発生手段は、正弦波掃引信号
を発生することを特徴とする請求項４７に記載のシステ
ム同定装置。
【請求項６３】前記同定演算手段で導出される対象シ
ステムの特性を示すモデルは、入出力の周波数応答から
得られる該対象システムの固有値を特性根とする特性多
項式として導出されることを特徴とする請求項４７に記
載のシステム同定装置。
【請求項６４】前記同定演算手段は、未知の物理的特
性値として、前記対象システムの質量、慣性モーメン
ト、慣性乗積を含む物理的特性値を導出することを特徴
とする請求項４７に記載のシステム同定装置。
【請求項６５】前記同定演算手段は、前記対象システ
ム可動部の重心位置を特定するために、該対象システム
可動部の重心を仮想的に定めた重心位置と、真の重心位
置との差を未知パラメータとして含む該対象システムの
状態方程式に基き作成した特性多項式と、前記対象シス
テムの入出力特性に基く数学モデルから導出した特性多
項式とを比較して、相互に対応する係数の比較により未
知定数を決定して真の重心位置を特定することを特徴と
する請求項４７に記載のシステム同定装置。
【請求項６６】前記同定演算手段は、前記データ収集
手段に格納された時系列データに基づき、前記対象シス
テムの特性の変化を自己診断し、性能の維持に要求され
る許容値を超えた場合に異常を報知することを特徴とす
る請求項４７に記載のシステム同定装置。
【請求項６７】露光装置であって、請求項４７に記載のシステム同定装置を用いて、該露光
装置の特性の変化を時系列に自己診断するための手段
と、前記自己診断の結果に基づき、露光性能の維持に要求さ
れる制御則を生成する手段と、を備え、前記露光装置を構成する機械的、電気的要素の
特性の経時変化を補償して性能を維持することを特徴と
する露光装置。
【請求項６８】システムの動特性を同定する方法であ
って、対象システムの特性を同定するために、該対象システム
に印加する基準入力信号を生成する工程と、前記入力信号と該入力信号に対応した出力信号とをアナ
ログ若しくはデジタルデータに変換する工程と、前記出力信号の取得条件を設定するための工程と、前記入力信号及び前記出力信号とに基き前記対象システ
ムの特性を同定する演算を行なう工程と、前記同定演算の結果を前記設定された取得条件に基き表
示する表示制御工程と、を備えることを特徴とするシステムの動特性を同定する
方法。
【請求項６９】システムの動特性を同定する方法であ
って、対象システムの特性を同定するために、該対象システム
に印加する基準入力信号を生成する信号発生工程と、前記入力信号を分配して該対象システムを駆動する駆動
工程と、前記対象システムの運動状態を計測する計測工程と、前記信号発生工程で生成する信号と前記計測工程での計
測結果である出力信号とを時系列データとしてメモリに
格納するデータ収集工程と、前記入力信号と、前記出力信号とに基き前記対象システ
ムの特性をモデル化するための同定演算工程と、を備え、前記同定演算工程は、前記メモリに格納された時系列の
データに基づいて、前記対象システムの特性の変化を自
己診断することを特徴とするシステムの動特性を同定す
る方法。