KR100331771B1 - 노광장치 - Google Patents
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Abstract
운동기구에서는, 의사무작위신호가 운동기구의 운동을 제어하기 위한 액츄에이터에 인가되고, 운동기구의 운동상태를 계측하는 센서에 의해 얻어진 시계열데이터가, 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 데이터기억수단에 수집되어 기억된다. 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터는 필터링되고, 필터링된 데이터를 사용하여 시스템동정(同定)이 행해진다. 운동기구의 특성값은 시스템 동정에 의해 계산된 수학적 모델로부터 도출됨으로써, 시간의 경과에 따른 특성값의 변화를 포착하여, 운동기구의 성능이 적절하게 유지되는지의 여부를 검사하는 자가진단을 행한다.
Description
발명의 분야
본 발명은, 반도체노광장치내의 X-Y스테이지 또는 능동제진장치 등의 운동기구의 다이나믹특성을 설계, 제조 및 평가 단계에서 높은 정밀도로 짧은 시간내에 동정하는 방법을, 하드웨어 또는 소프트웨어로서 편입시킨 노광장치에 관한 것이다.
관련기술의 설명
전자빔을 사용한 전자현미경, 스테퍼, 스캐너 등으로 대표되는 반도체제조장치에는, X-Y스테이지, 해당 X-Y스테이지 위에 탑재된 미세조정스테이지 및 이들 스테이지를 바닥진동으로부터 절연시키기 위한 제진장치 등의 다양한 운동기구가 내장되어 있다. 반도체제조장치의 성능을 확보하기 위해서는, 이들 운동기구가 최대성능을 인출하는 피드백제어가 실현되어야 한다. 또한, 이 장치는 신호유닛으로서 각 운동기구의 성능뿐만 아니라 운동기구 사이의 성능관계를 고려한 제어방식을 편입시킬 필요가 있다.
X-Y스테이지의 최대 위치결정성능을 얻기 위해서는, 제진장치의 성능지표로서 제진 및 댐핑특성이 충분히 발휘되어야 한다. 이러한 특성이 충분히 발휘될 수 없고, 바닥진동 등의 장해가 충분히 제거될 수 없으면, X-Y스테이지의 위치결정성능은 충분히 얻어질 수 없다. 이러한 현상은 반도체노광장치 내의 운동기구 상호간에 발생한다. 이러한 문제는 고정밀도의 위치결정성능을 얻기 위한 장치에서 중요하다. 또한, 시간의 경과에 따른 상기 운동기구의 특성의 변화는, 빠르게 또한 정량적으로 파악해서, 운동기구의 성능을 항상 일정하게 유지하도록 보수를 행할 필요가 있다.
이러한 환경하에서, 운동기구의 최대성능을 얻기 위한 제어계를 구성하기 위해서는 운동기구의 특성을 정량적으로 파악할 필요가 있다. 운동기구의 특성은 점성댐핑계수, 스프링상수, 기계의 공진주파수 등에 의해 정의된다. 이들 물리적 파라미터를 정량적으로 파악하고, 그 결과데이터를 제어계설계에 정교하게 반영함으로써 장치설계 및 유지의 최적화가 가능해진다. 이동가능부분에 요구되는 위치결정성능, 인가되는 구동력 등의 동적인 조건을 고려해서, 최적의 정량적인 물리적 파라미터에 의거해서 설계된 제어계의 특성은, 이러한 물리적 파라미터를 고려함이 없이 설계된 제어계의 특성보다도 우수하다.
제어대상으로서의 운동기구(X-Y스테이지, 미세조정스테이지, 제진기구 등)의 물리적인 거동의 모델링은 제어계의 설계를 위해 없어서는 안되는 것이다. 물리적 모델링은 동력학 또는 전자기학의 물리적 법칙에 의거해서 행해지고, 최적의 제어계의 설계는 운동기구를 소망의 상태에서 양호하게 제어할 수 있다.
실제의 거동이 반영된 소규모의 운동기구의 물리적 모델은, 이 모델이 해당 거동과 정밀하게 일치하므로, 비교적 쉽게 작성될 수 있으나, 복수대의 운동기구를 조합함으로써 형성된 대규모의 시스템의 경우에는, 예를 들면, 기계유닛의 강성의 평가, 발생되는 힘의 견적 등의 파라미터의 근사가 요구되므로, 물리적 모델을 사용한 접근은 정밀한 제어계설계라고 하는 관점에 있어서 효과적이지 않다.
제어계가 정밀한 물리적 모델에 의거해서 설계된 경우에도, 산업용 기계를 대상으로 하는 운동기구는 복수대 생산되므로, 각각의 기계의 특성의 편차를 관리할 필요가 있다. 복수의 장치가 동일한 설계에 의거한 경우에도, 각 장치의 운동기구는, 부품가공공정과 조립조건의 미묘한 차이(예를 들면, 부품가공정밀도와 조립토크의 편차)에 기인하여 특성이 변화한다. 따라서, 각 장치가 최적의 상태로 튜닝된다는 가정에 의거한 설계 및 생산은 장치의 대량생산을 위해 적절하지 않다.
또한, 운동기구는, 해당 운동기구의 가동에 의해서 기계적 특성(예를 들면, 미끄럼부분의 마찰저항 등)이 시간의 경과에 따라 변화하고, 이것이 제어성능을 저하시킨다. 마찰저항이 커지면, 목표위치에 대한 위치의 편차가 남고, 그 결과 위치결정오차가 발생한다. 최악의 경우에는, 고장 또는 파괴가 발생한다. 이러한 이유로, 운동기구에 대한 정기적인 보수가 필요하게 된다.
설계 및 생산현장에서 복수대의 운동기구의 특성을 파악하고, 시간의 경과에 따른 운동기구의 특성변화를 정량적으로 파악하기 위해, 산업계에서 채용하고 있는 가장 일반적인 방법은 주파수응답에 의거해서 주파수특성데이터를 얻는 방법이다. 이 주파수특성데이터는, 주파수응답분석장치(통상, 서보애널라이저/FFT(Fast Fourier Transform)애널라이저라 칭함)라 칭하는 측정기를 사용해서 얻을 수 있다. 제어대상에 사인파를 입력시키고, 그 주파수를 작은 단위로 변화시키는 주파수전달함수를 구하는 사인파스윕법을 사용함으로써, 정밀한 주파수전달함수를 주파수의 증가를 적게 해서 얻는 것이 가능해진다.
대상운동기구에 사인파를 입력해서 해당 운동기구를 진동시키는 입력파형의 진폭과 정상상태에서 응답파형의 진폭과의 비(게인) 및 위상을 측정해서, 많은 측정점에서의 게인과 위상특성을 보데선도상에 플롯함으로써, 운동기구의 응답특성과 위치결정성능을 실험적으로 평가하고 있다.
운동기구의 다이나믹특성은 이들 특성으로부터 파악해서 설계에 반영시키고 있다. 복수대의 운동기구의 물리적 파라미터를 계산함으로써, 변동의 위치를 검출하고 있다. 또한, 운동기구를 위해 제공된 폐쇄루프계의 성능은, 제어이론에서 공지의 것인 게인마진과 위상마진을 사용함으로써 얻을 수 있고, 성능의 저하는 시간의 경과에 따른 이들 지표의 동향을 감시함으로써 얻고 있다.
주파수응답분석장치에 의해 얻어진 측정데이터가 운동기구의 특성을 분석하기 위한 데이터로서 유용하나, 측정데이터는 시간의 경과에 따른 운동기구의 특성의 변화에 따라서 제어법칙이나 보수를 위해 이용되지는 않는다. 주파수응답데이터이외의 데이터로의 데이터변환은 불가능하지 않으나, 실제로 행해지지는 않는다. 즉, 데이터가 많은 시간을 소모하면서 측정되는 사실에도 불구하고 이 데이터의 이용효율은 낮다. 이것은, 실험적으로 얻어진 주파수전달함수 등은 시스템을 평가하기 위한 가시정보이고, 이 정보를 물리적모델로서 기술해서 제어계설계에 응용하기 위해서는, 곡선적용 등의 정교한 기술을 사용하여 주파수전달함수를 재기술하지 않으면 안되기 때문이다. 또한, 그 주파수전달함수로부터, 예를 들면, 질량, 강성, 점성댐핑계수 등의 제어계용 파라미터를 얻기 위해, 이 정보는 연속계인(자유도가 무한대임) 실제의 운동기구의 특성을 기술하는 데 필요충분한 n개의 자유도로 이산화하는 처리가 불가결하기 때문이다.
또, 대상운동기구의 고유주파수가 낮다고 가정하면, 이 경우에, 고정밀도의 주파수특성을 얻기 위해서는, 측정데이테의 평균화를 위해서 수 주기의 저주파신호를 입력해서, 샘플링주파수의 작은 증가와 함께 측정하지 않으면 안되는 적정한 측정조건의 설정이 필요하기 때문이다. 대상운동기구의 고유진동이 낮을 수록, 측정시간은 길어진다. 그 때문에, 측정에 시간을 요하는 실험적 방법을 생산현장에서 가동하고 있는 복수의 장치에 적용할 경우, 사인파가 큰 부하를 가지고 운동기구에 입력되는 것에 유의해야 한다. 많은 시간을 요구하는 측정방법이, 동일한 타입의 운동기구사이에 특성의 변동을 얻기 위해 사용되는 경우, 이 방법은 생산성을 감소시키는 큰 원인으로 되고 있다. 요구되는 측정성능을 충분히 향상시키고, 설계 및 생산현장에서 필요충분한 분석을 행하기 위해서는, 예를 들면, 측정결과의 표시, 데이터변환(A/D, D/A) 및 측정범위의 설정 등 조작자와의 인간-기계인터페이스도 중요한 요소이다.
시간경과에 따라 운동기구의 특성변동을 파악하기 위해, 정기적으로 측정행위를 수반하는 진단을 행하여, 얻어진 측정결과의 동향을 감시할 필요가 있다. 그러나, 반도체노광장치를 사용한 IC의 생산을 정지하는 것은 가능하다면 피해야 한다. 따라서, 정기적인 보수 및 진단을 단시간에 완료할 필요가 있으나, 종래의 주파수응답분석장치를 사용한 측정에서는 상기 요구를 충족시킬 수 없다. 이러한 환경하에서, 높은 분석정밀도로 단시간에 측정을 행하는 측정방법 및 이 측정방법이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 편입된 노광장치 또는 제진장치를 실현하기 위한 요구가 있어 왔다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 시스템동정기능을 가지는 반도체노광장치의 구성을 표시한 블록도
도 2는 M-시퀀스의 출력파형의 일례를 표시한 그래프
도 3은 M-시퀀스를 사용한 진동동작에 대한 응답파형의 일례를 표시한 그래프
도 4는 능동제진장치와 그 위에 탑재된 X-Y스테이지의 구조를 표시한 사시도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시스템동정기능을 가지는 반도체노광장치의 구성을 표시한 블록도
도 6은 능동제진장치의 진동동작에 의해 얻어진 상태의 외란억압률(外亂抑壓率)을 표시한 그래프
도 7은 사인파를 사용한 진동동작시 측정된 주파수응답(이너턴스(inertance))을 표시한 그래프
도 8은 M-시퀀스를 사용한 진동동작시 측정된 주파수응답(이너턴스)을 표시한 그래프
도 9는 이너턴스로서의 주파수응답을 표시한 그래프
도 10은 마이크로디바이스를 제조하는 순서를 표시한 흐름도
도 11은 도 10의 웨이퍼공정의 상세를 표시한 흐름도
도 12는 시스템동정장치에서 동정결과에 대해 표시처리를 행하는 구성을 표시한 블록도
도 13은 조건설정윈도우의 구성을 표시한 도면
도 14는 동정결과의 표시예를 표시한 사시도
도 15는 동정결과를 상세히 표시하기 위해, 동정결과에 대응하는 요소의 단위로 화면을 분할하는 방법을 표시한 사시도
도 16은 동정장치의 외관을 표시한 사시도
도 17은 능동제진장치를 동정하기 위해 동정장치가 인가하는 신호와 수신하는 신호를 표시한 사시도
도 18은 시스템동정장치의 물리적 파라미터를 도출하기 위한 구성을 표시한 도면
도 19는 대상운동기구의 일례로서 능동제진장치의 구조를 표시한 도면
도 20은 자유도가 6(X, Y 및 Z방향의 병진과 회전)인 상태로 운동기구를 지지하는 구성을 표시한 도면
도 21은 물리적 파라미터를 도출하기 위한 순서를 표시한 흐름도
도 22는 물리적 파라미터를 도출하기 위한 데이터처리를 표시한 블록도
도 23A 내지 도 23F는 각각 입출력신호의 일례를 표시한 그래프
도 24는 운동기구의 실제의 중력중심(G)과 가상의 중력중심(G')사이의 위치관계를 표시한 도면
도 25는 특성을 동정하기 위한 운동기구의 일례를 표시한 도면
<도면의 주요부분에 대한 설명>
1: 노광장치본체 2, 1721, 1801: 제진대
3: X-Y스테이지 4-1, 4-2, 4-3: 능동마운트
5: 운동모드추출산술수단 6: 적분보상기
7: 게인보상기 8: 운동모드배분산술수단
9: 구동기 10: 신호생성기
11: 스위치 12: 데이터기억유닛
13: 예비필터링유닛 14: 시스템동정유닛
15: 특성추출/진단유닛 51, AC: 가속도센서
52, PO: 위치센서 1201: 시스템동정장치
1202: 계산기 1203: AD/DA변환기
1204: 입력신호생성유닛 1205: 동정계산유닛
1206: 결과표시유닛 1207: 동정계산데이터파일
1208: 출력신호데이터파일 1209: 출력신호획득조건설정유닛
1210: 데이터통신유닛 1211: AD/DA변환장치구동기
1312: 조건설정창 1313: 신호범위셀렉터
1314: 신호획득셀렉터 1417: 동정결과표시창
1418: 표시부(게인선도) 1419: 표시부(위상선도)
1423: 표시화면 1720: 제진장치
1722a, 1722b, 1722c, 1722d: 마운트유닛
1802a, 1802b, 1802c, 1802d: 능동제진장치
1803: 진동센서 1811: 진동수단
1813: 신호배분수단 1814: 힘센서
1815: 신호추출수단 1816: 데이터수집수단
1817: 동정계산수단 1817b: 물리적 파라미터도출수단
1921: 수직액츄에이터 1822: 수평액츄에이터
1923: 수직지지수단 1924: 수평지지수단
1925: 수직진동센서 1926: 수평진동센서
2231: 입력쪽 모드계산회로 2232: 전류모드증폭기
2233: 출력쪽 모드계산회로 SV: 서보밸브
LM: 전자모터
본 발명은 상기 종래예에 있어서의 문제를 고려해서 이루어진 것으로, 운동기구에 큰 부담을 과함이 없이 단시간에 운동기구의 특성을 정확하게 측정하기 위한 시스템동정을 행하고, 그 동정결과를 시간의 경과에 따른 특성의 변화로서 제어법칙에 반영함으로써 외란을 배제하기 위한 제진장치와, 동정 및 제진에 의거해서 안정한 노광성능을 실현하는 노광장치와, 이 노광장치를 사용함으로써 반도체디바이스를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 특징으로 한다.
의사무작위(pseudo-random)신호, 즉, 의사불규칙신호를 생성하여, 운동기구의 운동을 제어하기 위한 액츄에이터에 해당 의사무작위신호를 인가하는 의사무작위신호생성수단과; 상기 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 상기 운동기구의 운동상태를 계측하는 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를 수집하는 데이터기억수단과; 상기 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 예비필터링수단과; 상기 예비필터링수단에 의해 처리된 데이터로부터 수학적 모델을 도출하는 시스템동정수단과; 상기 시스템동정수단에 의해 도출된 수학적 모델을 사용하여 운동기구의 특성값을 도출하는 특성추출/진단수단을 구비한 노광장치가 제공된다.
기준신호를 노광장치에 입력하는 수단과, 상기 입력된 신호에 의거해서 상기 장치를 여진시키는 수단과, 상기 장치의 여진결과를 출력신호로서 얻는 수단과, 상기 기준신호와 출력신호에 의거해서 상기 장치의 특성을 동정하는 수단과, 상기 동정된 특성을 시간의 경과에 따라 획득해서, 상기 장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단을 구비한 노광장치가 제공된다.
대상시스템의 특성을 동정하기 위해 해당 대상시스템에 인가될 기준이 되는 입력신호를 생성하는 신호생성수단과, 상기 입력신호를 배분함으로써 해당 대상시스템을 구동하는 구동수단과, 상기 대상시스템의 운동상태를 계측하는 센서와, 상기 신호생성수단에 의해 생성된 신호와 센서로부터의 출력신호를 시계열데이터로서 기억하는 데이터수집수단과, 상기 입력신호와 출력신호에 의거해서 상기 대상시스템의 특성을 모델링하는 동정계산수단을 구비하고, 해당 동정계산수단이 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 의거해서 상기 대상시스템의 특성의 변화를 자가진단하는 시스템동정장치를 사용해서, 시계열방식으로 노광장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단과; 해당 자가진단결과에 의거해서 노광성능을 유지하기 위해 요구되는 제어법을 생성하는 수단을 구비한 노광장치에 있어서, 해당 노광장치의 기계적 및 전기적 구성요소의 시간경과에 따른 특성의 변화를 보상함으로써 성능을 유지하는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서의 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구내에 제어를 위해 구비된 복수의 액츄에이터 각각과 1대 1로 대응하여 나타나는 복수의 무상관 의사무작위신호를, 모든 액츄에이터에 동시에 인가한다.
본 발명의 다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서의 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구내에 제어를 위해 구비된 각 액츄에이터에 하나의 의사무작위신호를 인가하기 위한 절환수단을 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서의 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 무상관의 복수의 의사무작위신호를, 운동의 자유도에 대응해서 인가한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서의 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구의 동작의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 독립적으로 인가하기 위한 절환수단을 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치의 특성값은 주파수응답, 운동기구의 물리적 파라미터, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진, 위상마진 및 상기 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적 정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치내의 액츄에이터는 전자모터이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서의 운동기구는, 해당 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지하기 위한 능동제진장치이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서의 운동기구는, 해당 노광장치에 대해서 시스템동정을 행하기 위해 외부에 부착된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서 의사무작위신호는 M-시퀀스(즉, M계열)신호이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치는, 해당 장치의 특성값이 자가진단에 대한 소정의 기준값을 초과한 경우 비정상을 통지하는 수단을 부가하여 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치의 특성은 주파수응답, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진 및 위상마진중 적어도 하나에 의해 형성된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서, 상기 출력신호를 얻기 위한 수단은 해당 장치의 여진과 동일한 좌표축방향으로 배치된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 상기 노광장치에 있어서, 상기 출력신호를 얻기 위한 수단은 가속도센서, 위치센서 및 압력센서중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 첨부도면과 함께 취한 이하의 설명으로부터 명백할 것이며, 첨부도면전체를 통해서 같은 참조부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다.
바람직한 실시예의 설명
본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
(제 1실시예)
실시예의 상세를 설명하기 전에, 먼저, 운동기구를 진동시키는 신호로서의 M-시퀀스(즉, M계열)에 대해서 설명한다. M-시퀀스(최대길이 선형이동레지스터 시퀀스)는 의사무작위신호의 일종이다. 도 2는 출력파형의 일례를 표시한다. 도 3은 반도체노광장치내의 운동기구가 M-시퀀스를 사용하여 진동되는 경우의 응답파형의 일례를 표시한다. 도 2에 표시한 바와 같이, M-시퀀스는 +1과 -1의 불규칙한 반복패턴으로, 시스템동정을 위한 입력신호로서 공지되어 있다. 그러나, 실제의 기계시스템에 이 신호를 적용한 예는 몇개에 불과하다. 예를 들면, 아다치씨 등의 'Comparison between prediction Error Method and Subspace Method Using Identification Experimental Data on ETS-VI Orbit', 계측자동제어학회논문집 Vol.33, No. 8, pp.805-811(1197)에, 기술시험위성 ETS-VI의 유연구조 파라미터를 추정하기 위한 동정실험이 행해진 보고는 있으나, 특히, 대규모의 다변수 기계시스템에의 적용예는 알려져 있지 않다. 따라서, 현재 신호처리방법 및 산업용 장치에 채용하는 이용가치에 대해서는 명백하지 않은 상황이다.
이러한 환경하에서, 본 실시예의 반도체제조장치(스테퍼 또는 스캐너)는 진동신호로서 M-시퀀스를 사용한 시스템동정기능을 소프트웨어 또는 하드웨어로서 새로이 편입시킨다. 이것에 의해 운동기구의 특징을 충분한 고려한 장치구성을 제공하는 동시에, 산업용 장치로서 반도체노광장치를 사용할 수 있는 이점을 명백하게 나타낸다.
본 발명의 기술내용의 용이한 이해를 위해, 본 실시예에서는, 구체적인 운동기구에 대한 적용예로서 능동제진장치를 예로 든다. 명백히, 본 발명에 개시된 기술범위의 적용예는 능동제진장치에 제한되지 않고, 반도체노광장치 내의 다른 운동기구, 예를 들면, X-Y스테이지에도 적용될 수 있다. 마찬가지로, 반도체노광장치로서 편입된 운동기구 대신에 본 발명에 개시된 시스템동정을 행할 목적으로 외부의 운동기구를 준비해도 된다. 외부 운동기구로서는, 예를 들면, 진동기 및 매스댐핑기를 들 수 있다.
도 1은 반도체제조장치에 있어서의 능동제진장치에 본 발명을 적용한 예를 표시한 블록도이다. 도 1에 있어서, (1)은 제진대를 제어하기 위해 사용되는 센서와 액츄에이터가 부착되어 있는 노광장치 본체를 나타낸다. (AC)는 진동검출수단으로서 기능하는 가속도센서(51)를 나타낸다. (PO)는 위치계측수단으로서 기능하는 위치센서(52)를, (SV)는 무거운 제진대를 포함하는 장치본체를 지지하기 위한 공기스프링(도시생략)에 대한 작동유체의 공급 또는 방출을 제어하는 서보밸브를, (LM)은 제진대의 주로 과도적인 진동을 억제하기 위한 전자모터를 나타낸다. 이들 센서와 액츄에이터를 나타내는 이들 기호에 하이픈 '-'과 함께 부착된 기호는, 방위와 제진대상의 대응하는 성분의 위치를 나타낸다. 방위와 위치는 도 4를 참조함으로써 더욱 명백해질 것이다.
도 4에 있어서, X-Y스테이지(3)는 제진대(2)위에 탑재되어 있고, 이들 성분은 센서 및 액츄에이터를 내장하는 능동마운트(4-1), (4-2) 및 (4-3)에 의해 지지되어 있다. (AC-X1)은 능동마운트(4-1)내의 진동계측수단을 나타낸다. 이 수단은 X방향의 진동을 계측하기 위해 배치되어 있다. 단, (SV), (PO) 및 (PR)은 도 4에는 도시되어 있지 않다.
다시 도 1을 참조해서, 전자모터(LM)를 사용한 진동제어계의 구성을 설명한다. 먼저, 가속도센서(AC-Z1, AC-Z2, AC-Z3, AC-X1, AC-Y2 및 AC-Y3)로부터의 출력은 운동모드추출산술수단(5)으로 인도되고, 여기서는, 제진대(2)의 병진이나 회전 등의 운동모드에 대한 신호, 예를 들면, 운동모드 가속도신호(ax, ay, az, aθx, aθy, aθz)를 구하고 있다. 다음에, 이들 운도모드가속도신호는 적분보상기(6)에 인가되어, 각 운동모드에 대한 속도신호로 변환되게 된다. 이어서, 이들 속도신호는 각 운동모드의 댐핑을 조정하기 위한 게인보상기(7)에 인가된다. 게인보상기(7)로부터의 출력신호는 운동모드구동신호(dx, dy, dz, dθx, dθy, dθz)가 된다. 이들 신호는 운동모드배분산술수단(8)에 의해 처리되어, 능동마운트에 대한 각 액츄에이터에 의해 생성되는 구동신호(dz1, dz2, dz3, dx1, dy2, dy3)가 된다. 다음에, 구동기(9)는 이들 신호에 의해 여기된다. 이와 같은 진동제어계의 구성에 의해, 제진대(2)의 진동특성은 운동모드마다 간섭이 거의 없이 조정될 수 있다.
상기 기술한 전자모터(LM)에 대한 진동제어계의 각 구동기(9)의 입력단계에는 가산단자가 접속되어 있고, 이 가산단자에는, 다중채널/무상관/M-시퀀스 신호생성기(10)의 출력이 스위치(11)를 통하여 접속되어 있다. 스위치(11)는 각 능동마운트내의 모든 전자모터(LM)에의 접속을 위한 온/오프동작을 관리하는 기능을 한다. 도 1에 표시된 경우에는, 모든 전자모터(LM)는 M-시퀀스신호에 의해 동작된다. 단, M-시퀀스신호생성기(10)로부터 출력된 M-시퀀스신호는 상호 무상관이고, 따라서, 무상관 M-시퀀스신호에 의해서 능동마운트(4)의 모든 전자모터가 구동되게 된다. 동작시 제진대(2)의 거동은, 진동계측수단(AC), 위치계측수단(PO) 및 압력계측수단(PR)을 포함하는 운동상태 계측용 센서로부터의 출력신호에 따라 파악될 수 있고, 이들 데이터는 M-시퀀스신호생성기(10)로부터의 신호와 함께 데이터기억유닛(12)내에 수집된다. 즉, M-시퀀스에 의거한 진동동작은 하나의 스텝내에서 행해지는 것을 특징으로 한다.
데이터기억유닛(12)내에 수집된 시계열데이터는 예비필터링유닛(13)에 전달되어 필터링처리된다. 다음에, 시스템동정유닛(14)은 필터링된 입력/출력데이터에 대해 동정을 행한다. 이 경우에 행해진 시스템동정이란, 입력/출력데이터를 사용하여 수학적 모델을 도출해내는 것이다. 수학적 모델로서는, 예를 들면, ARX, FIR, ARMAX, ARARX, ARARMAX, BJ, OE 및 상태/공간모델 등을 필요에 따라 선택한다. 이들 수학적 모델의 설명은 생략하며, 추가의 정보를 위해서는, 슈이치 아다치씨의 'System Identification for Control Based on MATLAB'(도쿄전기대학 발행)를 참조하면 된다. 최후에, 시스템동정유닛(14)에 의해 얻어진 수학적 모델은, 특성추출/진단유닛(15)에 보내져, 특성추출 및 진단을 위한 데이터변환이 행해진다.
능동제진장치의 모든 전자모터(LM)는 무상관 M-시퀀스신호를 사용하여 한번에 진동하므로, 측정시간은 매우 짧다. 최근에, 다중채널서보분석기가 시장에 등장하였으나, 이러한 분석기를 사용해도 본 실시예에 의한 진동의 쪽이 측정시간이 훨씬 짧다.
또, 다중채널/무상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 1개의 신호를, 스위치(11)를 온/오프시킴으로써 각 전자모터(LM)에 독립적으로 인가해도 된다. 더욱 상세하게는, 먼저 전자모터(LM-Z1)만을 동작시켜 각종 센서로부터의 출력신호를 계측하고, 다음에 전자모터(LM-Z2)만을 동작시켜 각종 센서로부터의 출력신호를 계측하도록 하는 이러한 방법을, 각 액츄에이터마다 독립적으로 행하는 것도, 본 실시예의 변형예로서 본 발명의 범위내에 포함된다.
[제 2실시예]
제 1실시예에 있어서는, 다중채널/무상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 무상관신호에 의해서 능동마운트(4)내의 각 축에 대한 액츄에이터가 동시에 동작되었다. 또는, 다중채널/무상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 출력신호중 하나를 각 축에 대한 액츄에이터마다 독립적으로 인가해서 동작시켰다.
그러나, 진동방법은 이들 방법으로 한정되지 않고, 도 5에 표시된 바와 같이 실시해도 된다. 도 5를 참조하면, 다중채널/무상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 출력은 스위치(11)를 개재해서 운동모드배분산술수단(8)의 입력단계에 가산되고 있다. 예를 들면, 스위치(11)의 접점(c)을 개재해서 인가된 M-시퀀스에 의해서는, Z방향으로 게인보상된 신호(dz)와 접점(c)을 통해서 인가된 M-시퀀스가 운도모드배분산술수단(8)에 입력되어, Z축방향의 전자모터(LM-Z1, LM-Z2, LM-Z3)를 동일상에서 여기시키므로, 제진대(2) 전체를 Z축방향으로 진동시키게 된다. 마찬가지로 X축의 회전방향으로 게인보상된 신호(dθx)와 접점(d)을 개재해서 인가된 M-시퀀스는 운동모드배분산술수단(8)에 입력되어 X축방향의 전자모터(LM-X1)를 여기시킴으로써, 제진대(2)를 X축둘레로 회전시키는 진동이 행해진다. 즉, 이 장치는 제진대(2)를 직교하는 운동모드마다 진동시키도록 설계되어 있다. 제 1실시예에서와 같이, 스위치(11)의 접점을 온/오프함으로써, 제진대(2)의 강체의 6개 자유도의 모든 운동모드를 동시에 진동시키는 것도 가능하고, 또는, 운동모드마다 독립적으로 진동시키는 것도 가능하다. 이때의 제진대(2)의 거동은, 노광장치본체(1)에 장착된 진동측정수단(AC), 위치측정수단(PO), 압력측정수단(PR) 등을 포함한 다른 운동상태를 측정하는 센서로부터의 출력신호에 의해서 포착될 수 있다. 이들 데이터는 데이터기억유닛(12)에 저장된다. 데이터저장후의 데이터처리는 도 1에 언급된 것과 동일하므로 설명은 생략한다.
또, 도 1에 표시한 구성에, 루프차단스위치(16)를 추가하는 것을 주목해야 한다. 이 스위치는, 진동측정수단(AC)에 의거해서 전자모터(LM)를 구동하는 폐쇄루프에서 다중채널/무상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 출력신호에 의한 진동을 행하는 동작과, 이 루프를 폐쇄하여 개방루프에서 진동을 행하는 동작을 선택하기 위해 사용된다. 루프차단스위치(16)는 진동/입력동작에 의해 취득하고자 하는 데이터의 분석목적에 따라서 선택적으로 온/오프가능하다. 도 1의 구성에서는 비록 루프차단스위치(16)가 생략되어 있지만, 도 1의 장치는 이 스위치를 사용해서 분석목적에 따라서 전자모터(LM)를 사용하는 폐쇄루프계의 개폐를 선택하는 것이 가능함은 물론이다.
제 1 및 제 2실시예 모두, M-시퀀스신호에 의거한 진동동작에는 전자모터(LM)를 사용해서 행하였다. 전자모터는 대상운동기구를 고주파까지 진동시킬 수 있기 때문에, 시스템동정을 위해 적절한 액츄에이터로서 사용될 수 있다. 본 발명은 다른 형태의 액츄에이터를 적절하게 사용할 수 있는 한 전자모터로 한정되지 않는다.
[제 3실시예]
상기 실시예에 있어서는, 능동제진장치의 액츄에이터는 M-시퀀스신호에 의해 여기되고, 그 결과의 데이터는 해당 장치의 센서에 의해 수집되어 분석된다. 즉, 능동제진장치 자체의 특성을 파악하게 된다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이, 반도체노광장치의 운동기구의 성능은 그 자체로 완결되는 것은 아니고, 예를 들면, 능동제진장치의 성능은 제진대(2)에 탑재된 X-Y스테이지(3)(도 4참조)의 성능에 큰 영향을 준다. 비록 다른 운동기구의 성능이 서로 영향을 준다고 알려져 있지만, 그러한 영향에 대한 정량적인 분석은 행해져 있지 않았다. 종래의 측정방법, 즉 서보분석기를 사용한 사인파신호에 의거한 진동동작에서는, 운동기구사이의 상호관계를 파악하기 위한 측정은 매우 번잡하다. M-시퀀스신호를 사용한 진동동작에 있어서는, 이러한 종래의 방법과는 다르게, 측정을 단시간내에 행할 수 있고, 입수한 데이터를 각종 관점에서 분석할 수 있다. 예를 들면, 도 6은 X-Y스테이지(3)의 외란억압률을 나타내는 주파수응답을 표시한다. 외란억압률은 X-Y스테이지(3)에 외란으로서 작용하는 진동이 어느 정도 억제되는가를 나타내는 지표이며, 이것은 X-Y스테이지(3)의 중요한 능력중 하나이다. 물론, 도 6의 억압률이 높아질수록, 더욱 우수한다. 이 주파수특성은 능동제진장치의 액츄에이터의 진동동작시에 X-Y스테이지(3)에 대한 위치결정제어계로부터 출력된 위치편차신호, 또는 도 1 및 도 5에 도시된 X-Y스테이지(3)의 위치를 측정하기 위한 레이저간섭계(LA-X101, LA-Y102, LA-θ103)로부터 출력된 신호를 관찰함으로써 취득할 수 있는 특성값이다. 이 경우에, 레이저간섭계(LA-X101, LA-Y102, LA-θ103)는 X-Y스테이지(3)의 X 및 Y방향의 변위와, X-Y스테이지(3)의 연직축 둘레의 회전을 각각 측정한다. 그러므로, 이 장치가 도 1 또는 도 5의 데이터기억유닛(12)에 새로운 X-Y스테이지의 위치편차신호 또는 레이저간섭계의 정보를 입력하도록 설계되어 있으면, 상기 외란억압률은 신속하게 측정될 수 있다.
(제 4실시예)
이하, 특성추출/진단유닛(15)에 의한 특성추출의 상세한 내용을 설명한다.
(1) 특성검출시의 주파수응답:
도 7은 서보분석기를 사용해서 얻은 제진대(2)의 주어진 능동마운트(4)의 주파수응답을 표시한다. 도 8은 도 1 또는 도 5에 표시된 장치구성에서 M-시퀀스신호에 따라서 제진대(2)를 진동시킴으로써, 단시간내에 얻은 동일한 마운트의 주파수응답을 표시한다. 종래의 측정결과를 기준으로 해서, 거의 마찬가지의 주파수특성을 얻고 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나, M-시퀀스신호를 사용하는 측정은 단시간에 행해질 수 있다. 확실하게는 단시간에 진동동작에 의해 얻어진 측정정밀도는 종래의 측정에서와 거의 동일하기 때문에, 도 1 또는 도 5에 표시된 시스템동정기능을 가진 반도체노광장치에 의한 주파수응답의 측정쪽이 종래의 측정보다 우수하다.
다음에, 주파수응답은 고장분석에 사용될 수 있다. 능동제진장치는 M-시퀀스신호를 사용해서 진동되어 구동력으로부터 가속신호로의 주파수응답을 얻을 수 있따. 이것은 이너턴스나 액셀러런스로 알려진 응답특성이다. 도 9는 이 특성의 형상을 개략적으로 표시한 것이다. 도 9를 참조하면, 점선(A)으로 둘러싸인 부분의 피크는, 제진대의 병진/회전운동의 고유주파수인 공진주파수이다. 이 주파수와 피크량(댐핑률)은 제진대의 이동을 제어하는 중요한 파라미터이다. 이러한 파라미터는 다음과 같이 사용될 수 있다. 관리한계를 설정해서 피크량이 증가하는 현상을 검출하고, 그러한 현상의 검출시에 트리거신호를 기동해서, 경고를 발생시키거나 혹은 최악의 경우에는 장치를 강제로 정지시키도록 이용하는 것이 가능하다. 또, 점선(B)으로 둘러싸인 저주파부분의 특성으로부터는, 제진대와 고정측의 기계부재와의 기계적 충돌을 검지하는 것이 가능하다.
점선(C)으로 둘러싸인 고주파부분의 특성으로부터는, 제진대와의 약간의 충돌의 유무를 검출하는 것이 가능하다. 이와 같이, 주파수응답의 특성을 파악함으로써 장치의 상태를 진단할 수 있다.
또, 물론, 진단을 위해 사용된 특성은 이너턴스응답에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 컴플라이언스(compliance)나 모빌리티(mobility)를 사용해도 되고, 능동제진장치의 폐쇄루프주파수응답을 사용하는 것도 가능하다. 또는, 진동에 의해 얻어진 실제의 파형을 장치정상시의 파형과 비교해서 고장진단을 행하는 것도 가능하며, 실제파형을 스펙트럼분석해서 마찬가지의 동작을 행할 수 있다.
(2) 특성검출시의 물리적 파라미터:
일반적으로, 강체의 운동방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서 M은 질량행렬이고, C는 점성의 댐핑행렬이고, K는 강성행렬이고, F는 구동력벡터이고, X는 변위벡터이고, '·'은 시간미분을 표시한다.
상기 방정식은 강체의 무게중심에 관한 병진/회전 모드방정식이다. 능동제진장치에 의해 지지되는 운동기구에 대해서는, 실제로는, 액츄에이터와 센서가 공간적으로 분포되어 있다. 그러므로, 방정식(1)과 이들 구성요소의 기하학적 구성을 고려해서, M, C, K행렬을 구성하는 계수요소를 일련의 측정결과로부터 얻을 수 있다. 제 1실시예에 있어서는, 각각의 액츄에이터를 동시에 동작시킴으로써 측정데이터를 얻거나, 또는 개별적으로 동작시켜 얻어진 해당 액츄에이터의 수에 대응하는 측정데이터의 조(組)를 취득하고 있고, 측정데이터를 수집한 액츄에이터와 센서의 배치좌표를 고려해서, X, Y, Z방향에서의 병진/회전의 진동모드에 따라서 분리해서, 상기 방정식으로 표현된 형태의 데이터로 변환시킬 수 있다. 또, 도 5에 표시된 장치구성을 사용한 경우에는, 진동동작은 각각의 운동모드마다 행해지고, 방정식(1)을 사용해서 M, C, K를 직접 산출할 수 있다. 그러므로, 몇개의 알려진 물리적 파라미터의 존재를 가정함으로써 M, C, K값을 산출할 수 있다. 이 계산방법을 복수대의 장치에 적용해서 얻어진 M, C, K값을 비교해서, 운동기구의 어떠한 부분에 편차가 있는 가를 알 수 있다. 이러한 편차를 검출할 수 있으면, 운동기구의 부품가공, 조립공정에 있어서, 어느 허용오차가 엄격해야 하는 가에 따라서 제조공정의 관리기준 등을 정량적으로 결정할 수 있다.
(3) 통합화 설계:
종래의 기술에 있어서, 기구설계를 완료한 후에, 그 기구에 의거해서 제어장치의 설계를 행하고 있었다. 개발기간의 단축 및 비용의 삭감 등의 요구를 만족하기 위해서, 기구설계와 제어설계를 한번에 행할 필요가 있다. 운동기구와 제어장치 양쪽을 계산기속에 결합하고, 이들의 설계와 개량을 시뮬레이션한다. 소정의 성능을 만족시킨 때에 비로소 제품의 제조를 행한다. 이 동작을 위한 주요전제는, 실제 제품의 현상을 표현할 수 있는 운동기구모델이 있다는 것이다. 본 실시예에서의 시스템동정기능을 가진 반도체노광장치중의 시스템동정유닛(14)에 의해 얻어지는 수학적인 모델은 통합화 설계시의 수학적 모델로서 활용될 수 있는 것은 물론이다.
(4) 검출이 불가능한 부분에서의 진동추정:
X-Y스테이지(3)가 스텝-앤드-리피드 또는 스텝-앤드-스캔 동작시에 이동하면, 반도체노광장치의 가장 중요한 구성요소인 투영광학계를 진동시켜, IC의 프린팅에 크게 영향을 미친다. 이를 개선하기 위해, 우선 이 유닛의 진동레벨을 미리 검출해둘 필요가 있다. 그러나, 진동을 측정하기 위해 투영광학계의 렌즈에 예를 들면 가속도센서를 부착하도록 하는 것은 허용되지 않는다. 투영광학계의 렌즈에 추가해서, 협소한 부분에 위치된 다른 중요한 유닛에 측정을 위해 가속도센서 등의 측정장치를 부착하는 것은 불가능하다. 그러한 경우에, 본 실시예의 시스템동정기능을 가진 반도체노광장치의 구성은 그 위력을 발휘한다. 도 1 또는 도 5의 농동제진장치의 센서로부터의 출력신호이외의 각종 측정출력은 데이터기억유닛(12)에 입력될 수 있다. 그러므로, 반도체노광장치내에 공간적으로 분포된 각종 센서간의 전달특성을 파악할 수 있다. 공간적으로 분포된 부분사이의 상관관계를 알고 있으면, 센서를 배치시킬 수 없는 부분의 전달특성도 추정할 수 있다. 예를 들면, 투영광학계의 렌즈중심의 진동레벨의 추정은 용이해진다. 또한, 특성추출/진단유닛(15)에서는, 직접 측정이 불가능한 부분의 진동레벨(물리적 정보)을 데이터기억유닛내의 데이터와 그 데이터를 취득한 반도체노광장치내의 부분을 고려해서 추정하는 기능도 가진다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면,
(1) 의사무작위신호(M-시퀀스)를 사용하는 진동동작에 의해 획득할 수 있는 운동기구의 특성은 정밀도가 높으므로, 설계 및 보수를 위한 데이터로서 효과적으로 사용될 수 있다. 획득한 데이터는 자가진단을 위해 분석·평가되어, 장치의 성능을 일정 수준으로 유지하는 것을 가능하게 한다. 이러한 신호를 발생시키는 수단을 장치내부에 구비함으로써, 균일한 진동조건하에서 분석과 평가를 행할 수 있다.
(2) 의사무작위신호(M-시퀀스)를 단시간내에 입력할 수 있기 때문에, 운동기구는 사인파를 사용하는 진동동작과 다르게 과도한 부하로부터 자유롭게 된다.
(3) 운동기구의 자가진단은 반도체제조장치를 정지시키지 않고서 단시간내에 행할 수 있다. 그러므로, 생산성을 저감시키지 않고서 적절한 시기에 보수를 행할 수 있다.
(제 5실시예)
본 실시예는 운동기구의 특성을 동정하는 실제의 동정장치의 구성에 관한 것이다. 제진장치의 실시예는 첨부도면을 참조해서 구체적으로 설명한다. 도 12에 표시한 바와 같이, 시스템동정장치(1201)는 연산처리를 행하는 계산기(1202)와, 아날로그신호를 디지털신호로 변환하거나, 디지털신호로부터 아날로그신호로 변환하는 AD/DA변환기로 구성되어 있다. 계산기(1202)는 주로 동정대상으로서 운동기구(또는 동정대상으로서 운동기구시스템, 이하의 실시예에서 일반적으로 대상시스템이라고 함)의 특성을 동정하기 위한 동정계산을 행하고, 표시화면(1423)(도 14 참조)에 동정결과를 표시한다.
AD/DA변환기(1203)는 동정대상에 인가된 디지털입력신호를 아날로그신호로 변환시키고, 또한 동정대상으로부터의 아날로그출력신호를 디지털출력신호로 변환시킨다. 이 동작에 의해서 동정대상이 연속적인 시스템이고 아날로그신호가 입출력신호로 사용되더라도, 이들 신호는 디지털신호로 변환해서 연산할 수 있다.
이하, 시스템동정장치(1201)의 구성과 동작을 더욱 구체적으로 설명한다. 도 12에 표시된 시스템동정장치(1201)의 계산기(1202)는 다음의 처리를 행한다. 입력신호생성유닛(1204)은 동정대상에 인가되는 입력신호를 생성시킨다. 입력신호생성유닛(1204)에 의해 생성된 입력신호는, 백색신호, 의사-백색이진신호, 또는 M-시퀀스신호이다. 데이터통신유닛(1210)은 입력신호데이터파일(1207)에 기록되고 동정대상에 인가되는 입력신호를 AD/DA변환기(1203)에 송신한다. 출력신호획득조건설정유닛(1209)은 동정대상으로부터 출력신호를 위한 획득조건을 설정한다. 데이터통신유닛(1210)은 출력신호획득조건설정유닛(1209)에 의해 설정된 조건에 따라서 AD/DA변환기(1203)로부터 동정대상에 의거한 출력신호를 수신해서, 그 출력신호를 출력신호데이터파일(1208)에 기록한다. 동정계산유닛(1205)은 입력신호생성유닛(1204)으로부터의 입력신호와 출력신호데이터파일(1208)에 기록된 출력신호에 따라서 동정대상의 특성을 동정하기 위한 연산을 행한다. 결과표시유닛(1206)은 동정결과를 표시한다.
시스템동정장치(1201)의 AD/DA변환기(1203)에 있어서, AD/DA변환장치구동기(1211)는 계산기(1202)의 데이터통신유닛(1210)으로부터 디지털입력신호를 수신해서 아날로그입력신호로 변환하여 동정대상에 신호를 인가한다. 또한, AD/DA변환장치구동기(1211)도 이 동정대상에서 발생된 아날로그출력신호를 디지털출력신호로 변환해서 계산기(1202)의 데이터통신유닛(1210)으로 송신한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 출력신호획득조건설정유닛(1209)은, 신호획득의 가부와 신호범위의 설정을 조작자가 자유로이 행하도록, 조건설정창(1312)을 표시화면(1423)에 표시한다. 도 13은, 그 표시예로서, 채널 CH0에서 채널 CH7까지 전체 8개 채널을 개재해서 신호의 획득을 위한 설정을 표시한다. 이 경우에, 채널 CH0에서 채널 CH5까지의 전체 6개 채널을 개재해서 신호를 얻을 수 있다. 조작자는 신호획득셀렉터(1314)에 의해 각각의 채널에 할당된 출력신호의 획득의 허용/금지를 설정할 수 있다. 도 13의 경우에는 채널 CH0 내지 CH5에 대응하는 신호획득셀렉터(1314)가 온상태로 설정되어 있기 때문에, 이들 채널에 할당된 출력신호를 획득할 수 있다. 또, 채널 CH6과 CH7은 신호획득셀렉터(1314)가 오프상태로 설정되어 있으므로, 이들 채널에 할당된 출력신호는 획득할 수 없다.
또한, 조작자도 신호범위셀렉터(1313)에 의해, 신호획득범위를 ±1V, ±2V, ±5V, ±10V의 4단계로 절환할 수 있다. 획득되는 출력신호의 범위나 진폭에 따라서 신호획득범위를 절환함으로써, 동정대상에 의거한 출력신호는 노이즈레벨에 의해 영향을 받지 않고서 고정밀도로 획득할 수 있다.
결과표시유닛(1206)은, 도 14에 표시한 바와 같이, 동정계산유닛(1205)으로부터의 동정결과를 받아, 표시화면(1423)상에 동정결과표시창(1417)을 표시한다. 각각의 동정결과표시창(1417)은 게인선도(1418)와 위상선도(1419)의 양쪽 또는 한쪽을 표시한다. 이러한 주파수특성을 표시함으로써 동정대상의 특성은 분명하게 표시될 수 있다. 도 14를 참조하면, 각각의 동정결과표시창(1417)은 주파수특성도로서 위상선도와 게인선도의 양쪽을 표시한다. 그러나, 동정결과표시창(1417)에 표시된 동정결과는 제로극할당, 미분방정식, 차방정식, 공진주파수, 댐핑계수 등이어도 된다.
동정결과표시창(1417)은 도 14에 표시된 바와 같이 전체 표시화면(1423)상에 표시된다. 이로 인하여 우수한 가시도로 동정결과를 표시할 수 있다. 그러므로, 조작자는 동정결과를 분명하게 인지할 수 있다.
다음에, 제진장치(1720)의 특성을 동정하는 시스템동정장치(1201)를 설명한다. 도 17에 표시한 바와 같이, 제진장치(1720)는 제진대(1721), 이 제진장치(1720)의 4모퉁이를 지지하는 마운트유닛(1722a), (1722b), (1722c), (1722d), 제진대(1721)에 제어력을 부여하는 액츄에이터 및 제진대(1721)의 진동을 검출하는 진동센서로 구성되어 있다(도 17에는 액츄에이터와 진동센서가 표시되어 있지 않음). 제진장치(1720)는 제진대(1721)내에 발생된 진동을 신속하게 감쇠시키도록 진동제어를 행한다. 제진대(1721)에 발생된 진동은 6개 모드, 즉, XYZ좌표계에 대해서 X축방향의 병진, Y축방향의 병진, Z축방향의 병진, X축둘레의 회전, Y축둘레의 회전, Z축둘레의 회전으로 구성되어 있다. 동정대상으로서 제진장치(1720)의 특성은 이들 6개모드의 진동에 의해서 표시될 수 있다. 시스템동정장치(1201)는 액츄에이터에 입력신호를 인가하고, 이들 신호에 의거해서 구동된 액츄에이터는 제진대(1721)를 진동시킨다. 이 때에, 제진대(1721)에 발생된 진동은 진동센서에 의해서 검출된다. 시스템동정장치(1201)는 진동센서로부터 출력신호를 획득하여 이들 입출력신호에 따라서 시스템동정장치의 특성을 동정한다. 액츄에이터에 인가된 입력신호는 6개의 모드, 즉 X축방향의 병진(Fx), Y축방향의 병진(Fy), Z축방향의 병진(Fz), X축둘레의 회전(Mx), Y축둘레의 회전(My), Z축둘레의 회전(Mz)에 의거한다. 또, 진동센서로부터 얻은 출력신호는 6개의 모드, 즉 X축방향의 병진(Sx), Y축방향의 병진(Sy), Z축방향의 병진(Sz), X축둘레의 회전(Sθx), Y축둘레의 회전(Sθy), Z축둘레의 회전(Sθz)에 의거한다. 이들 신호는 전송되어 AD/DA변환장치구동기(1211)를 개재해서 수신된다(도 12 참조).
도 14는 동정된 제진장치(1720)의 특성을 가진 시스템동정장치(1201)에 의해 얻어진 처리결과의 표시를 나타낸다. 동정결과표시창(1417)은 6개의 모드, 즉 병진의 3개의 자유도와 회전의 3개의 자유도의 전체의 동정결과를, 각각 게인선도(1418)와 위상선도(1419)로서 표시한다.
즉, 6개모드의 동정결과는, X축방향의 병진을 표시하는 입력신호(Fx)에 의거한 출력신호(Sx), Y축방향의 병진을 표시하는 입력신호(Fy)에 의거한 출력신호(Sy), Z축방향의 병진을 표시하는 입력신호(Fz)에 의거한 출력신호(Sz), X축둘레의 회전을 표시하는 입력신호(Mx)에 의거한 출력신호(Sθx), Y축 둘레의 회전을 표시하는 입력신호(My)에 의거한 출력신호(Sθy), Z축둘레의 회전을 표시하는 입력신호(Mz)에 의거한 출력신호(Sθz)에 따라서 동정결과표시창(1417)에 표시된다.
예를 들면, 'SxFx'는 입출력신호를 명확히 하기 위해 X축방향의 병진을 표시하는 입력신호(Fx)와 대응출력신호(Sx)의 표시부(1418), (1419)에 부착됨으로써, 6개 모드를 구별해서 표시한다. 이 표시레이아웃에 따르면, 3개의 모드, 즉, X축방향의 병진, Y축방향의 병진, Z축방향의 병진은 순차로 표시화면(1423)의 하부의 왼쪽에서부터 순차적으로 배열되어 있고, 3개의 모드, 즉 X축둘레의 회전, Y축둘레의 회전, Z축둘레의 회전은 순차로 표시화면(1423)의 하부의 왼쪽에서부터 순차적으로 배열되어 있다. 서로 좌표계를 일치시켜, 병진 및 회전동정결과를 상하로 레이아웃함으로써, 조작자는 제진장치(1720)의 특성을 명확하게 인식할 수 있다.
도 14에 따르면, 표시화면(1423)은 병진 및 회전의 운동모드에 따라서 상부와 하부로 분리되어 있으나, 표시화면(1423)은 오른쪽 및 왼쪽부분으로 분리해도 된다. 이 경우에, X축방향의 병진이나 X축둘레의 회전, Y축방향의 병진이나 Y축둘레의 회전, Z축방향의 병진이나 Y축둘레의 회전의 운동모드들은 순차로 표시화면(1423)의 좌·우부분의 하부위치로부터 순차적으로 배열되어 있다. 또한, 이 표시방법은, 제진장치(1720)의 특성을 표시화면상의 6개의 동정결과표시창(1417)에 순서대로 표시하도록 되어 있으므로, 조작자는 제진장치(1720)의 특성을 분명하게 인식할 수 있다.
도 15는 제진장치(1720)의 특성을 더욱 구체적으로 표시한 경우에 시스템동정장치(1201)에 의해서 얻은 처리결과의 표시를 나타낸다. 도 14에 표시된 경우에 있어서, 예를 들면, X축방향의 출력신호는 X축방향의 입력신호에 대응해서 표시된다. 이런 방식에 있어서, 입출력좌표계는 서로 일치한다(다자유도계의 운동방정식으로서 표현한 경우의 대각요소에 상당함). 도 15에 표시된 경우에 있어서, X축방향의 입력신호에 대해서 여진하는 X축방향의 출력뿐만 아니라, Y축 및 Z축방향의 출력신호(다자유도계의 운동방정식으로서 표현한 경우의 비대각요소에 상당함)가 표시되어, 정보를 더욱 구체적으로 표시한다.
제진장치(1720)의 입력신호 및 출력신호는, 상기 언급한 바와 같이 각각 6개의 모드에 의거하기 때문에, 6개모드 각각의 입력신호와 6개모드 각각의 출력신호는 서로 결합되어, 제진장치(1720)의 특성은 총 36개의 진동모드정보에 의해서 정의된다. 도 15를 참조하면, 표시화면(1423)을 수직 및 수평의 양방향에서 6개부분으로 분할됨으로써, 36개의 동정결과표시창(1417)에 표시한다.
예를 들면, 'SxFx'는 X축방향의 병진을 표시하는 입력신호(Fx)에 대응할 때 X축방향의 병진을 표시하는 출력신호(Sx)를 명백하게 표시하고, 'SyFx'는 X축방향의 병진을 표시하는 입력신호(Fx)에 대응할 때 Y축방향의 병진을 표시하는 출력신호(Sy)를 명백하게 표시함으로써 조작자가 데이터사이의 입출력관계를 명확히 인식하도록 한다.
상기 언급한 바와 같이, 본 실시예에 따른 시스템동정장치 및 방법에 따르면, 계산기와 AD/DA변환기를 사용해서, 조작자가 플랜트 등에 의거한 출력에 따라서 신호획득범위를 설정하도록 한다. 또한, 플랜트 등의 특성을 용이하게 인식하도록 동정결과를 표시하는 것이 가능해진다.
[제 6실시예]
도 18은 시스템동정장치에서 물리적 파라미터를 획득하는 구성을 표시한다. 노광장치 등이 탑재된 제진대(1801)는 4개의 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)에 의해서 지지되어 있다. 능동제진장치의 지지유닛(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)에는 공기스프링 등의 제진지지수단이 수직 및 수평방향으로 배치되어 있어, 이러한 구성에 의해서 장치본체를 지지하고 있다. 도 18에 표시한 바와 같이 4개의 지점에서 능동제진장치(1802)에 의해서 방진·지지된 제진대(1801)를 가진 장치를 예로서 설명했지만, 본 발명에 개시한 장치 및 방법은 본 예에 한정되지 않는다. 본 발명은 6개 자유도의 일반적인 운동기구, 즉 3개 지점에서 지지되도록 설계된 장치에 적용될 수 있고, 그러한 장치에 대한 본 장치 및 방법의 적용도 본 발명의 취지에 포함되는 것은 물론이다.
도 19는 각각의 능동제진장치의 구조를 더욱 구체적으로 설명하는 도면이다. 각각의 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)는, 수직방향으로 제진대(1801)에 제어력을 부여하는 수직액츄에이터(1921)와, 수평방향으로 제진대(1801)에 제어력을 부여하는 수평액츄에이터(1922)와, 수직방향으로 제진대(1801)를 방진/지지하는 수직지지수단(1923)과, 수평방향으로 제진대(1801)를 방진/지지하는 수평지지수단(1924)과, 제진대(1801) 혹은 제진대(1801)에 강하게 체결된 부재에 부착되어, 제진대(1801)의 수평수직방향의 진동을 각각 검출하는 수직 및 수평진동센서(1925), (1926)를 포함한다.
수직액츄에이터(1921)와 수평액츄에이터(1922)로서, 선형모터 등의 전자액츄에이터, 공기스프링의 내부압력을 그곳에의 공기의 공급/배기를 조정하는 밸브에 의해 제어하는 공압액츄에이터, 또는 이들 액츄에이터를 조합한 것을 사용할 수 있다. 공기스프링을 사용하는 상기 공압액츄에이터를 수직액츄에이터(1921)와 수평액츄에이터(1922)로서 사용하면, 이들 액츄에이터가 수직지지수단(1923) 및 수평지지수단(1924)으로서도 기능할 수 있다.
수직진동센서(1925)와 수평진동센서(1926)에 대해서 가속도로서 제진대(1802)의 진동을 검출하는 가속도센서를 적절하게 사용할 수 있다.
이 능동제진장치(1802)(도 18의 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), ( 1802d)를 대표적으로 지칭함)는 수직진동센서(1925)와 수평진동센서(1926)에 의해 제진대로부터 얻은 진동검출신호를 제어연산수단(도시생략)에 입력해서 신호에 대한 보상동작을 행하고, 그 결과 얻어진 신호에 의거해서 수직액츄에이터(1921)와 수평액츄에이터(1922)를 제어함으로써 장치의 진동을 능동적으로 제어할 수 있다.
각각의 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)는 제어루프를 독립적으로 형성해서 제어연산을 행하거나, 각각의 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)가 제어연산을 행해서 전체 제진대(1802)의 병진이나 회전 등의 각각의 운동거동마다 진동을 제어하는 것도 가능하다.
동정대상으로서의 운동기구는 다음의 운동의 자유도, 즉 수평방향의 병진의 2개 자유도(X, Y), 수직방향의 병진의 자유도(Z), X축, Y축, Z축 둘레의 3개의 자유도(θx, θy, θz)를 가진 6개의 자유도의 강체운동기구로서 규정된다. 이 6개의 자유도의 운동기구에서 제진대(1801)의 관성곱, 관성모멘트, 질량과, 제진장치(1802)의 제진지지수단의 점성 댐핑계수, 스프링상수를 동정하는 장치 및 수순을 다음에 설명한다.
도 20은 제진대(1801)를 댐핑/지지하는 농동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)와 제진대(1801)로 구성되고, 병진의 3개 자유도와 회전의 3개 자유도의 운동모드를 가진 기계적인 모델로서 6개 자유도의 운동기구를 개략적으로 표시한다.
본 발명에 개시된 동정장치는, 6개 자유도의 운동기구의 특성을 동정하기 위해, 도 18에 표시된 바와 같이, 제진대(1801)를 진동시키는 복수의 진동수단(1811)과, 이 진동수단(1811)에 인가되는 진동입력신호를 생성시키는 신호생성수단(1812)과, 이 신호생성수단(1812)으로부터의 신호를 각각의 진동수단(1811)에 배분시키는 제 1보조계산수단으로서 기능하는 신호배분수단(1813)과, 진동수단(1811)으로부터 제진대(1801)에 부여된 제어력을 측정하는 힘센서(1814)와, 제진대(1801)의 운동거동을 측정하는 복수의 진동센서(1803), 복수의 진동센서(1803)의 출력으로부터 소망의 신호를 추출하는 제 2보조계산수단으로서 기능하는 신호추출수단(1815)과, 신호생성수단(1812)과 신호추출수단(1812)으로부터 출력시계열데이터를 수집하는 데이터수집수단(1816)과, 대상으로서의 운동기구의 물리적 파라미터와 특성을 동정하는 동정계산수단(1817)을 포함한다.
이 동정계산수단(1817)은, 운동기구의 운동상태가 데이터수집수단(1816)에 기록된 시계열데이터에 의거한 출력인 때 운동기구의 입출력특성을 표시하는 수학적 모델을 도출하는 시스템동정수단(1817a)과, 이 수학적 모델에 의거해서 운동기구를 구성하는 전기적인 요소와 기계적인 요소의 물리적 특성값을 도출하는 물리적 파라미터 도출수단(1817b)으로 이루어져 있다.
도 18을 참조하면, 2대의 진동수단(1811)이 하나의 수평방향으로 배치되어 있으나, 6개 자유도의 운동기구의 운동의 전체 자유도의 진동을 독립적으로 여진시킬 수 있도록, 수직방향으로 3대이상, 그리고, 수평방향으로 3대이상, 즉, 전체 6대이상의 진동수단을 배치하는 것이 바람직하다.
진동수단(1811)으로서, 상기 언급한 수직액츄에이터(1921)와 수평액츄에이터(1922)를 사용할 수 있다. 진동센서(1803)로서, 가속도센서를 사용할 수 있다. 진동수단(1811)으로서, 선형모터와 같은 전자액츄에이터를 사용할 수 있다. 이 경우에, 구동명령입력과 그것에 대한 액츄에이터에 의해 발생된 대응력 사이의 관계는 대상으로서의 운동기구의 주요 동적인 특성이 작용하는 주파수영역에서, 거의 비례관계로서 작성될 수 있어서, 진동수단(1811)에 의해 발생된 힘은 대응하는 구동명령입력으로부터 용이하게 추정될 수 있다. 그러므로, 이 경우에, 힘센서(1814)는 필요하지 않다. 본 실시예에서는 진동수단(1811)으로서 전자액츄에이터를 사용한다고 가정하면, 이하, 힘센서(1814)를 사용하지 않는 경우에 대해서 설명한다. 최근에는, 능동제진장치의 액츄에이터로서, 선형 모터 등의 전자액츄에이터와, 공기스프링의 내부압력을 그것에의 공기의 공급/배기를 조정하는 밸브에 의해서 제어하는 공기압액츄에이터를 병용한 것이 실용화 되어 있으나, 이와 같은 장치에서는, 진동수단(1811)으로서, 이 전자액츄에이터를 유효활용하는 것이 가능하다.
힘센서(1814)를 사용한 경우, 데이터수집수단(1816)은, 진동수단(1811)용의 신호에 상당하는 신호로서, 신호생성수단(1812)에 의해 생성된 신호대신에 힘센서(1814)로부터의 출력신호 또는 그 신호에 적절한 연산처리를 실시한 신호의 시계열데이터를 수집해서 기록하는 것으로 해도 된다. 이 경우에 데이터수집수단(1816)은 힘센서(1814)로부터 출력신호를 연산처리해서 추출한 액츄에이터로부터 운동기구에 부여된 회전모멘트와 병진추진력에 대응하는 신호를 수집해서 기록하는 것으로 해도 된다. 이와 달리, 데이터수집수단(1816)은, 신호생성수단(1812)에 의해 생성된 신호대신에, 신호배분수단(1813)등의 보조계산수단으로부터 출력시계열데이터를 수집해서 기록하는 것으로 해도 된다. 대상으로서의 운동기구의 운동상태로 수집되고 기록되는 신호는, 진동센서(1803)로부터의 출력신호의 시계열데이터로 하는 것도 가능하다.
본 실시예에 있어서는, 신호배분수단(1813)과 진동수단(1811)을 합해서, 제진대(1801)용의 진동요소로서 여기고, 신호생성수단(1812)에 의해 생성된 신호를 대상운동기구에 입력해서, 데이터수집수단(1816)에 출력신호를 수집하는 경우를 예로 설명한다. 6개 자유도의 운동기구의 물리적 파라미터는 도 21에 표시된 수순에 따라서 동정된다. 이하 이 수순을 설명한다.
<스텝 70에서의 처리>
스텝 70에서, 대상으로서 6개 자유도의 운동기구에 대해서, 운동방정식을 작성해서, 상태방정식을 도출한다. 6개 자유도의 운동기구의 운동방정식은 다음식(2)와 같다.
여기서, X=[x, y, z, θx, θy, θz]T이고, F=[Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz]T이다.
방정식(2)에서, M, Cd, K는 질량, 점성댐핑, 강성을 각각 표시하는 일정계수행렬이고, X는 병진 및 회전변위를 표시하는 벡터이고, F는 구동원으로서 작용하는 힘과 모멘트를 표시하는 벡터이다.
M, Cd, K행렬은, 형식적으로 다음의 식(2a)으로 표시된다.
추가로, 각각의 행렬요소는 하기의 방정식(2b)에 따라서 구할 수 있다.
방정식(2)에 있어서, x, y, z, θx, θy, θz는 제진대(1801)의 병진 및 회전변위이고, xi, yi, zi(i=1, 2, 3, 4)는 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)의 지지수단이 제진대(1801)를 지지하는 위치의 좌표이고, kxi, kyi, kzi(i=1,2,3,4)는 능동제진장치(1802a), (1820b), (1802c), (1802d)의 스프링상수(강성)이고, cxi, cyi, czi(i=1, 2, 3, 4)는 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)의 점성댐핑계수이고, m은 제진대(1801)의 질량이고, Ixx, Iyy, Izz, Ixy, Ixz, Iyz는 제진대(1801)의 관성곱/관성모멘트이고, Fx, Fy, Fz은 X, Y, Z방향에서 제진대(1801)의 중력중심에 각각 작용하는 병진추진력이고, Mx, My, Mz은 X축, Y축, Z축 둘레에 각각 작용하는 모멘트이다. 장치의 중력중심(G)을 모르면, 가상의 중력중심(G')을 정의해서, 이것을 원점으로 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 장치의 중력중심(G)을 안다는 가정하에서 설명을 진행한다. 장치의 중력중심(G)이 미지인 경우, 그 위치를 측정하는 방법에 대해서는, 제 7실시예에서 설명한다.
통상 4개의 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c), (1802d)가 동일한 구조와 특성을 가지면, X, Y, Z방향의 스프링상수 kxi, kyi, kzi와 점성댐핑계수 cxi, cyi, czi는 각각의 방향마다 동일한 값 kx, ky, kz과 점성대핑계수 cx, cy, cz로 된다.도 18 및 도 20에 표시된 바와 같이, 제진대(1801)가 4개의 능동제진장치에 의해서 댐핑지지되면, 가변성분의 수는 능동제진장치에 대응해서 4개(i=1, 2, 3, 4)이지만, 예를 들면, 제진대(1801)가 3개지점에 지지되어 있으면, 가변성분의 수는 3개(i=1, 2, 3)이다.
상기 방식에서 얻은 대상운동기구의 운동방정식은 아래의 상태방정식(3)으로 작성될 수 있다. 입력은, X, Y, Z방향의 모멘트 및 추진력이고, 출력은 X, Y, Z방향의 속도, 가속도, 각속도 및 각가속도이다.
에 대해서
스텝 70의 처리를 상기와 같이 설명하였다. 스텝 70의 처리는 아래의 처리 및 작업 이전에 행하고, 그 결과 얻어진 방정식(1) 및 (2)의 정보는 미리 동정계산수단(1817)의 물리적 파라미터 도출수단(1817b)에 로드시켜 둔다.
<스텝 71에서의 처리>
시스템동정수단(1817a)은 측정데이터에 의거해서 대상으로서 운동기구의 입출력특성을 동정한다. 시스템동정이론의 분야에서는, 대상시스템의 특성을 동정하는 각종 방법이 제안되어 있고, 이들 방법중에서 적절한 알고리즘을 선택해서 시스템동정을 행한다.
방정식(1), (2)로부터 명백한 바와 같이, 동정대상으로서 6개 자유도의 운동기구와 같은 다수 자유도의 운동기구는 다중입출력계이다. 이런 경우에 있어서, 부분공간동정법이 효과적이고, 이 방법에서는 방정식(2)와 같은 상태방정식의 시스템행렬 A, B, C, D를 동정모델로서 설정하고, 이들 모델을 직접 동정할 수 있다. 이하, 부분공간동정법을 사용해서 운동기구의 시스템행렬 A, B, C, D를 얻는 방법을 예로 설명한다. 부분공간동정법은, 상태공간모델의 시스템행렬 A, B, C, D를 동정모델로서 설정하는 방법으로, 이 방법은 본질적으로 다중 입출력계의 효과적인 동정에 적합하다.
본 스텝에서는, 방정식(4)로 표시되는 바와 같은, 진동수단(1811)을 사용한 운동기구로의 진동입력명령과 대상운동기구의 가속도 및 각가속도에 의거한 검출출력신호사이의 입출력관계를 동정한다.
본 실시예에서는, 진동수단(1811)으로서 선형 모터 등의 전자액츄에이터를 사용할 수 있다. 선형 모터 등의 전자액츄에이터로의 구동명령입력과, 액츄에이터에 의해 발생된 대응력사이의 관계는 이런 종류의 운동기구의 주요 동적 특성이 작용하는 주파수영역에서 거의 비례관계로 작성될 수 있다. 그러므로, 방정식(4)는, 실질적으로 병진추진과 회전모멘트가 진동수단(1811)을 사용해서 6개 자유도의 운동기구에 입력되는 경우와 동등한 것으로 여겨질 수 있다.
여기서, Ax, Ay, Az는 X, Y, Z방향의 가속도출력신호이고, Aθx, Aθy, Aθz는 θx, θy, θz방향의 각가속도출력신호이고, ux, uy, uz는 X, Y, Z방향의 추진명령이고, uθx, uθy, uθz는 θx, θy, θz방향의 모멘트명령이다.
이 경우에, X, Y, Z방향의 가속도와 θx, θy, θz방향의 각가속도는, 제진장치의 각 지지부근처나 그 위에 장착된 진동센서(1803)의 기하학적 배치와 검출방향에 의거해서 각각의 진동센서(1803)로부터의 출력신호를 실시간 연산처리함으로써 도출한다. 각각의 진동수단(1811)은 이 진동수단의 기하학적 배치와 작용방향을 고려해서 도출되는 연산식에 따라서, X, Y, Z방향의 추진력명령과 θx, θy, θz방향의 모멘트명령에 의거해서 구동된다. 모든 연산처리는, 장치의 중력중심(G)을 원점으로 한 좌표계에 의거해서 행해진다. 장치의 중력중심(G)이 알려져 있지 않으면, 가상의 중력중심(G')을 원점으로 사용한다.
도 22는 방정식(3)으로 표현된 입출력관계를 동정하는 장치의 상세한 구성을 표시한 도면이다.
6개 자유도의 운동기구를 진동시키기 위해 사용되는 X, Y, Z방향의 추진력명령과, θx, θy, θz방향의 모멘트명령은 신호발생수단(1812)으로부터의 출력이다. 이들 명령은 각각의 진동수단(1811)에 배분연산하는 입력쪽 모드계산회로(2231) 및 전류모드증폭기(2232)로 이루어진 신호배분수단(1813)을 개재해서 각각의 진동수단(18111)에 인가된다. X, Y, Z방향의 추진력명령 및 θx, θy, θz방향의 모멘트명령으로서는, 상호 무상관의 M-시퀀스신호 등의 의사무작위신호를 사용하는 것이 바람직하다. M-시퀀스신호는 동정대상으로서 운동기구의 다수 주파수성분을 여기시킬 수 있는 백색성의 2진신호이다.
진동센서(1803)으로부터의 출력신호는 출력쪽 모드계산회로(2233)로 이루어진 신호추출수단(1815)에 의해서 X, Y, Z방향의 가속도와 θx, θy, θz방향의 각가속도로 변환된다. 이들 시계열데이터는 진동수단(1811)으로의 추진력 및 모멘트명령의 시계열입력데이터와 함께 데이터수집수단(1816)내에 로드된다.
도 23A 내지 도 23F는 입출력데이터의 예로서, 실제 측정된 X, Y방향의 추진력명령 ux, uy와 θz방향의 모멘트명령 uθz, 및 X, Y방향의 가속도출력신호 Ax, Ay와 θz방향의 각가속도출력신호 Aθz의 파형을 표시한다.
데이터수집수단(1816)내에 로드된 입출력데이터는 시스템동정수단(1817a)의 동정연산처리가 행해진다. 동정계산에는 부분공간동정법을 적용한다. 이 처리에서는 'MATLAB' 등으로 대표되는, 시판의 수치연산처리소프트웨어를 이용할 수 있다. 이 경우에는, 입출력데이터에 대해서, 미리 데시메이션(decimation) 등의 적절한 전처리를 행하는 것이 바람직하다. 이상의 처리에 의해서, 방정식(3)의 입출력특성을 표시하는 시스템행렬 A, B, C, D를 도출한다.
이 경우에는, 입력으로서 간주되는 X, Y, Z방향의 운동기구에 대한 추진력 및 모멘트명령과 출력으로서 간주되는 X, Y, Z방향의 운동기구를 위한 각가속도출력신호에 의해서 입출력 특성을 동정시키고 있다.
이 경우에 도출되는 물리적 파라미터는 입력으로서 운동기구에 작용하는 추진력 및 모멘트와, 출력으로서 X, Y, Z방향의 운동기구에 작용하는 가속도 및 각가속도에 의해서 입출력특성에 의거한 것이다. 이 스텝에서는, 필요에 따라서, 추진 및 모멘트명령에 의거해서 운동기구에 작용하는 가속도 및 각가속도의 검출게인과 추진력 및 모멘트의 게인을 고려해서 시프템행렬을 보정한다.
또, 실제의 운동기구는, 본 실시예의 능동제진장치와 같은 동일한 방식으로 제어가 행해지고 있는 경우가 많다. 제어가 실시되어 있지 않은 상태에서 대상의 특성을 동정하고자 할 경우에는, 제어계 폐쇄루프의 특성을, 제어루프중에 있는 제어연산장치의 특성을 고려해서, 개방루프의 특성으로 변환되는 폐쇄루프동정방법을 적용하면 된다. 물론, 이 동정처리를 위해서, 제어루프를 개방하는 것이 가능한 경우에는, 직접 제어동작의 영향이 없는 개방루프의 특성을 동정해도 된다.
<스텝 72에서의 처리>
이상과 같이 해서 시스템행렬 A, B, C, D를 동정하였으나, 통상, 이 형태의 시스템동정이론은, 실제 시스템의 물리량을 어느 일정 시간간격마다 샘플링한 시계열데이터에 의거한 이산시간계를 대상으로 하고 있다. 한편, 운동기구의 특성은 대상운동기구의 동적인 특성에 의거한 운동방정식과 같은 연속시간계에 의해서 취급된다.
동정에 의해 얻어진 이산시간계의 시스템행렬 A, B, C, D를 연속시간계의 시스템행렬 A, B, C, D로 변환한다. 이 이산시간계의 연속시간계로의 변환에 관해서도, 각종 알고리즘이 제안되어 있고, 이들을 활용해서 변환을 행한다. 이 처리연산은, 시스템동정수단(1817a)에 의해 행한다.
<스텝 73에서의 처리>
이제까지 얻어진 방정식과 데이터에 의거해서, 이하, 물리적 파라미터의 동정을 행한다. 이하의 처리연산은, 물리적 파라미터 도출수단(1817b)에서 행한다.
우선, 시스템행렬 D에 착안해서, 제진대(1801)의 질량 M과 관성모멘트와 관성곱 Ixx, Iyy, Izz, Ixy, Ixz, Iyz를 도출한다. 이 스텝을 실행하지 않고서 단지 이하에 언급한 스텝에서 처리하는 것만으로도, 이들 파라미터를 동정하는 것은 가능하다. 하지만, 다수의 미지의 물리적 파라미터가 있으면, 이하에 설명하는 장치와 방법만으로는 적절한 동정은 행해질 수 없는 경우가 있는 점과, 미지의 파라미터의 수를 삭감할 수 있으면, 대수연산의 부하를 저감할 수 있는 점 때문에, 이 스텝을 효과적으로 실행하는 것이 바람직하다. 물론, 설계단계에서, 이들 물리적 파라미터를 알고, 또, 그 특성값의 변화의 가능성이 없으면, 이 스텝은 생략할 수 있다.
이하, 이 스텝에서의 동작에 대해서 설명한다.
방정식(1), (2)에서 명백한 바와 같이, 상기 동정된 운동기구의 입출력특성을, 입력으로서 운동기구에 작용하는 추진력 및 모멘트와, 출력으로서 운동기구에 작용하는 가속도 및 각가속도에 의거하면, 시스템행렬 D는 제진대(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱에 의해서 주어진다. 상태방정식에 의거한 시스템특성의 표현은 상태량으로서 취해진 파라미터에 따라서 시스템행렬 A, B, C가 변화한다고 하는 특징이 있으나, 시스템행렬 D는 대상으로서 운동기구에 대한 입출력의 전달특성을 직접 정의하는 항이다. 즉, 시스템행렬 D는 입력과 출력의 물리량 사이의 관계를 직접 언급하는 항으로, 상태량이 결정되는 방식에 관계없이 단독으로 결정된다.
제진대(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱은, 부공간동정법 등을 사용해서 동정된 시스템행렬 D와, 방정식(1), (2)에 의거한 시스템행렬 D의 관계를 비교함으로써 동정할 수 있다.
<스텝 74 및 75에서의 처리>
최종적으로, 물리적 파라미터를 동정한다. 제진대(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱과 관련된 물리적 특성값은 이전의 스텝에서 도출되어 있다고 가정하고, 나머지 파라미터, 즉 능동제진장치(1802)를 구성하는 지지수단의 스프링상수 및 점성댐핑계수 등의 동정에 대해서 설명한다. 여기서 남아 있는 미지의 파라미터는 X, Y, Z축 방향의 스프링상수 kx, ky, kz와 점성댐핑계수 cx, cy, cz이다.
본 발명에 따르면, 상태방정식에서 상태량을 어떻게 정의해도, 대상으로서 운동기구에 대한 특성다항식은 동일한 것으로 된다. 즉, 상기 스텝 71, 72의 실제시스템의 동정결과로서 얻어진 시스템행렬과, 방정식(2)에 기재된 시스템행렬은, 모두 특성다항식이 동일한 것으로 된다고 하는 점에 착안해서, 물리적 파라미터를 동정한다.
방정식(2)에서 기재된 시스템행렬 A, B, C와, 스텝 71, 72의 시스템동정수단(1817a)에 의해 도출된 시스템행렬 A, B, C는, 상태량이 반드시 일치하지 않기 때문에, 이들 시스템행렬은 서로 반드시 일치할 필요는 없다. 이것은 스텝 71에서 실행된 시스템동정방법이 상태방정식에서의 상태량을 임의로 선택하는 것을 허용하지 않기 때문이다. 그러나, 대상시스템이 변경되지 않고 남아 있으면, 이 시스템 고유의 특성, 고유값, 특성다항식은 동일하게 남는다. 그러므로, 스텝 71, 72의 실제 시스템의 동정결과로서 얻어진 시스템행렬과, 방정식(2)에기재된 시스템행렬은 동일한 특성다항식을 가진다. 본 발명에 있어서는, 이 점에 착안해서, 물리적 파라미터의 동정을 행한다.
이 처리는 스텝 71, 72에서 동정된 시스템차수와, 운동기구에 대한 운동방정식에 기재된 모델의 시스템차수가 일치하고 있다는 점을 전제로 한다는 것에 주목해야 한다. 예를 들면, 6개 자유도의 운동기구는, 방정식(1) 내지 (2)에서 명백한 바와 같이, 12차의 시스템 즉, 시스템행렬 A의 고유값이 12개 존재한다. 그러므로, 스템 71, 72에서의 각각의 시스템행렬 A, B, C, D도, 미리 12차의 모델인 것으로 가정해서, 동정처리연산을 행해둘 필요가 있다.
이하, 물리적 파라미터를 동정하는 수순을 구체적으로 설명한다.
우선, 이 시스템의 특성다항식은, 운동방정식 등을 기초로 해서 구축한 방정식(3)의 상태방정식에 의거해서 얻어진다(스텝 74a 참조). 본 실시예에서 대상으로 하는 운동기구는 12차의 시스템이기 때문에, 아래의 특성다항식이 얻어진다.
s12+a11s11+a10s10+…+a2s2+a1s+a0…(5)
여기서, 라플라시안 연산부호를 s, 시스템행렬 A와 동일한 차수의 단위행렬D을 I라 할 때, 수식(5)는 하기 수식(6)으로 간략화시킬 수 있다.
det(sI-A) …(6)
이 경우에 운동방정식에 의거한 방정식(2)의 시스템행렬은, 미지의 물리적 파라미터를 포함한 대수행렬로 기술된다. 그러므로, s의 계수 s11…a0는 미지의 물리적 파라미터의 대수식으로서 부여된다.
마찬가지로, 스텝 71, 72에서 처리해서 얻어진 이 시스템에 대한 특성다항식은 다음과 같이 얻어진다(스텝 74b 참조).
s12+a'11s11+a'10s10+…+a'2s2+a'1s+a'0…(7)
이 경우에, 동정결과로서 얻어진 시스템행렬은 수치 행렬로 되기 때문에, 모든 계수 a'11…a'0는 수치의 값(함수를 포함하지 않은 일정계수)으로 된다.
최후로, 수식(5), (7)의 특성다항식의 계수를 비교해서, 미지의 물리적 파라미터를 동정한다. 즉, a11과 a'11이 서로 동일하고, a10과 a'10…a0와 a'0가 서로 동일하다는 조건에 의거해서 미지의 물리적 파라미터를 도출한다.
계수사이의 비교에 의거한 물리적 파라미터의 추정은, 미지의 물리적 파라미터의 수와 비교되는 계수의 수, 즉 조건방정식이 동일할 때, 연립방정식을 푸는 방법에 의해서 용이하게 실행될 수 있다.
본 실시예와 마찬가지로, 미지의 물리적 파라미터의 수가 조건식보다 작거나 모델화되지 않은 부분의 특성의 영향이 적지 않으면, 미지의 물리적 파라미터는 최적화방법을 사용해서 동정하면 된다. 최급강하법(sweepest descent method)을 이용한 미지의 물리적 파라미터의 도출은, 수식(5), (7)의 특성다항식의 계수차를 최소화 하고, 방정식(8)의 평가함수를 설정해서, 이것을 최소화하는 바와 같은 처리연산을 실시함으로써 행하는 것이 가능하다.
…(8)
이 평가함수는, 미지의 파라미터 ξj(j=1, 2, …, 6)의 함수로서 기술된다. 이 경우에, ξj는 미지의 물리적 파라미터 kx, ky, kz, cx, cy, cz를 표현한다.
미지의 물리적 파라미터 ξj에 대해서 적절한 초기값을 설정하고, 이하의 방정식(9)의 연산을 반복해서 행함으로써, 이 평가함수 J가 최소화되는 물리적 파라미터 ξj의 수치값을 구한다.
여기서 σ는 적절한 양수이다.
상기 수순과 구성에 의해서 6개 자유도의 운동기구의 물리적 파라미터를 동정하는 것이 가능하다.
대상으로서의 운동기구의 댐핑특성값이 충분히 작은 경우에는, 능동제진장치(1802)의 점성댐핑계수를 0으로 설정해서 동정연산을 행하면, 보다 동정연산처리를 간단히 할 수 있다. 이 경우에, 방정식(2), (3)은 더욱 단순화되고, 수식(5), (7)의 항은 s의 짝수제곱의 항을 제외하고 0으로 된다. 특히, 제진지지수단으로 공기스프링을 사용하는 제진장치는, 일반적으로, 기계부품에 의거한 수동적인 댐핑특성값이 작은 것으로 알려져 있다. 이런 경우에, 1쌍의 물리적 파라미터의 동정은 비교적 용이해진다. 대상이 공기스프링을 사용하는 형태의 능동제진장치라고 가정하면, 제어루프에 의해서 특성이 조정되고, 댐핑특성이 장치에 부여되고 있는 경우에도, 폐쇄루프동정방법을 효과적으로 사용함으로써, 용이하게 개방루프특성, 즉 수동상태의 특성을 동정할 수 있으므로, 수동댐핑계수가 충분히 작다는 전제하에서, 비교적 간단히 구성요소의 기구특성의 동정을 행하는 것이 가능하다.
[제 7실시예]
제 6실시예에서는, 장치의 중력중심을 안다는 가정하에서 설명하였으나, 여기서는, 중력중심(G)을 모를 경우에 해당 장치의 실제의 중력중심(G)를 추정하는 방법에 대해서 설명한다.
우선, 장치의 중력중심을 가상의 중력중심(G')으로 가정한다. 그리고, 가상의 중력중심(G')과 실제의 중력중심(G)사이의 X, Y, Z 각 방향의 거리를, 도 24에 도시한 바와 같이, Lx, Ly, Lz라 한다. 이 경우에, 장치의 실제의 중력중심(G)이, 가상의 중력중심(G')에 대해서, X, Y, Z방향에서 양의 방향에 위치되어 있으면, Lx, Ly, Lz의 극성은 양으로 정의하고, 실제의 중력중심(G)가 음의 방향에 위치되어 있으면, 극성은 음으로 정의한다.
다음에, 가상의 중력중심(G')과 실제의 중력중심(G)사이의 차이의 정보를 편입시켜, 방정식(3)을 다시 쓴다.
가상의 중력중심(G')에 작용하는 X, Y, Z방향의 병진추진력과, θx, θy, θz둘레의 회전모멘트를 각각, Fxo, Fyo, Fzo, Mxo, Myo, Mzo라 하고, 실제의 중력중심(G)에 작용하는 X, Y, Z방향의 병진추진력과, θx, θy, θz둘레의 회전모멘트를 각각, Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz라 하면, 이들 값사이의 관계는 다음식(10)으로 표시된다.
가상의 중력중심(G')에 작용하는 X, Y, Z방향의 병진가속도출력 θx, θy, θz둘레의 회전각가속도출력을 각각,라 하고, 실제의 중력중심(G)에 대한 X, Y, Z방향의 병진추진력과, 회전각가속도를 각각,라 하면, 이들 값사이의 관계는 다음식(11)로 표시된다.
이들 관계를 상태방정식(2)에 작용시켜 시스템에의 입력을 가상의 중력중심(G')에 작용하는 병진추진력과 회전모멘트로 하고, 출력을 가상의 중력중심(G')의 병진가속도와 가상의 중력중심(G')둘레의 회전각가속도로 해서, 상태방정식을 정리하면, 시스템행렬 A, B, C, D는 다음식(12)로 표시된다.
에 대해서
그러므로, 가상의 중력중심(G')을 원점으로 하는 좌표계에 대해서, 제 6실시예의 스텝 71, 72의 처리를 행해서 시스템행렬 D를 구하고, 그 요소를 방정식(11)의 시스템행렬 D의 요소와 비교하면, 제진대(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱과 함께, 가상의 중력중심(G')과 실제의 중력중심(G)사이의 거리 Lx, Ly, Lz를 추정할 수 있다. 이 처리는 도 21의 스텝 73에서 실시하는 것이 바람직하다. 여기서 얻어진 중력중심의 정보를 방정식(2), (3)에 반영시켜, 제 6실시예에서 개시한 수순에 따라서 작업을 진행시키면, 스프링상수와 점성댐핑계수 등의 물리적 파라미터를 더욱 정확하게 동정할 수 있다.
[제 8실시예]
운동기구를 구성하는 요소의 가변 물리적 파라미터중, 관성에 관련된 것을 제외한 전체 수가 시스템의 차수와 동일하거나 그것보다 작을 경우에는, 제 6실시예 및 제 7실시예에 기재한 방법으로, 그들 모든 요소의 물리적 파라미터의 변동을 알 수 있어, 장치 구성요소의 특성변동을 수반하는 장치이상(즉, 비정상)을 진단·검출하는 것이 가능하다.
운동기구를 구성하는 기계적·전기적인 요소의 물리적 특성값의 시간경과에 따른 변화를 감시하여, 그 상태를 자가진단함으로써 비정상을 검출한다. X-Y스테이지나 능동제진장치 등의 큰 장치에 내장된 운동기구 및 이 운동기구를 구성하는 기계적·전기적인 요소의 특성을 동정함으로써, 시스템 전체의 자가진단이나 비정상의 검출을 행하는 것도 가능하다. 물리적 파라미터를 동정하는 장치를 편입시켜, 움직임특성의 시간경과에 따른 변화를 감시해서, 그 변화를 장치의 제어법칙에 반영시키는 노광장치도, 본 발명의 취지에 포함된다. 예를 들면, 도 25에 개략적으로 표시한 6개 자유도의 운동기구를 들 수 있다.
이 6개 자유도의 운동기구는, 단지 수직 또는 수평방향으로, 스프링과 댐핑요소를 가진 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c)와 이들 3개의 능동제진장치에 의해 지지된 제진대(1801)로 이루어져 있다. 이 운동기구에서는, 수평스프링과 댐핑요소는 제진대(1801)의 3개 지지점을 정점으로 하는 삼각형의 각 변에 평행하게 배열되어 있다.
미지의 물리적 파라미터로서 각 지지유닛의 수직 및 수평방향의 스프링상수를 각각 kv1, kv2, kv3, kh1, kh2, kh3라 하고, 수직 및 수평방향의 점성댐핑계수를 각각 cv1, cv2, cv3, ch1, ch2, ch3라 표시할 경우에, 6개 자유도의 운동기구의 시스템차수는 12차인 데 대해서, 12개의 미지의 파라미터가 존재한다. 이들 물리적 파라미터는 제 6 및 제 7실시예에 언급된 바와 같은 동일한 수법으로 동정될 수 있다. 제진대(1801)의 질량과 관성모멘트는 시스템행렬 D를 고려해서 동정될 수 있다.
제 6실시예에서는, 제진장치지지유닛의 수직방향의 모든 스프링상수는 동일한 값으로 설정하였으나, 제 8실시예는 이들 모든 스프링상수가 다른 값을 취할 수 있다는 전제에 의거하고 있다. 이 수법에 따르면, 장치를 구성하는 요소중 복수 배치된 동종의 요소의 각각에 대해서도, 시간경과에 따른 특성변동을 포착할 수 있어, 장치의 비정상도 진단해서 검출할 수 있다.
또, 이 수법은, 대상의 관성, 스프링상수, 댐핑계수와 관련된 물리적 특성값의 동정에 한정되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 예를 들면, 미지의 파라미터가 액츄에이터의 추진력상수 및 진동센서의 특성파라미터이면, 이들 요소부품의 비정상 검출 방법으로서 기능시키는 것도 가능하다.
[제 9실시예]
제 6 및 제 7 실시예의 설명에 있어서, 대상으로서 운동기구를 위한 특성다항식에 따르면, 시스템행렬 A, B, C, D를 시스템동정이론에 의거한 수법에 의해서 동정하였으나, 사인파제진동작에 의해 얻어진 대상운동기구의 주파수특성에 대해서 곡선적용, 제로극분석 등을 행해서 얻어진 시스템의 극성과 고유값에 의거해서 특성다항식을 구축하는 것도 가능하다.
이 경우에는, 먼저, 데이터수집수단(1816)상에 기록된 시계열데이터에 의거해서, 진동수단(1811)에 의한 운동기구에의 작용을 입력으로 하고, 이것에 대한 운동기구의 운동상태를 출력으로 한 때의, 입출력간의 게인과 위상관계에 관련된 주파수응답특성을 도출한다.
또, 얻어진 주파수특성에 대해서 곡선적용, 제로극분석 등을 행해서 대상운동기구의 고유값을 도출한다. 대상운동기구의 고유값이 P1, P2, …, P12로 각각 표시될 때, 특성다항식은 다음식(13)으로 표시된다.
(s-P1)(s-P2)…(s-P12) …(13)
이와 같이 해서 얻어진 특성다항식을 이용해서, 제 6실시예에 개시된 처리를 행하면, 물리적 파라미터를 동정할 수 있다.
본 발명의 제 6 내지 제 9실시예에 따르면, 다수 자유도의 운동기구의 입출력특성과, 운동기구를 구성하는 기계적·전기적인 요소의 특성을 표시하는 물리적 파라미터를, 운동기구의 거동특성을 지배하는 특성다항식에 착안함으로써 결부시켜, 종래에는 곤란하였던 다자유도의 운동기구의 구성요소의 물리적 파라미터를 체계적이고 효과적으로 도출하는 장치 및 방법을 제안·개시하였다. 이들 장치와 방법에 의해서, 종래는, 숙련된 작업자의 지식과 경험에 크게 의존해서, 시행착오적 작업을 반복해서 행하여 왔던 각종 작업을, 단시간에 효과적으로, 또한, 필요한 정밀도로 행하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 장치의 특성의 신속하고 정확한 파악이 가능해져, 제어설계나 기구계재설계에, 보다 상세한 정보를 제공하는 것이 가능하여, 정밀기기를 구성하는 운동기구의 특성향상에 크게 기여할 수 있다.
또, 본 발명의 장치와 방법은, 대상의 역학모델이 특정되어 있으면, 비교적 단시간에 장치를 구성하는 각 요소의 특성을 동정하는 것이 가능해져, 장치의 생산효율, 운전효율을 희생하는 일없이, 반도체노광장치와 같은 산업기기의 자가진단이나 이상검출을 신속하게 행할 수 있다. 또한, 장치의 가동에 의해서 생기는 운동기구의 시간경과에 따른 특성변화를 예상하고, 적절한 타이밍에 정기적인 진단·보수를 행하는 것이 가능해진다. 특성의 변화를 시계열로 포착하고, 이것을 제어계에 반응함으로써, 장치의 성능을 능동적으로 유지하는 것이 가능해진다.
(디바이스제조방법의 실시예)
다음에, 상기 노광장치를 사용한 디바이스제조방법의 실시예를 설명한다.
도 10은 마이크로디바이스(IC, LSI 등의 반도체칩, 액정패널, CCD, 박막자기헤드, 마이크로머신 등)를 제조하는 공정을 표시한 흐름도이다. 스텝 1(회로설계)에서는 디바이스패턴을 설계한다. 스텝 2(마스크제조)에서는 설계된 패턴을 형성하는 마스크를 제조한다. 스텝 3(웨이퍼제조)에서는 실리콘이나 글라스와 같은 재료를 사용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼공정)은 전공정이라고 하며, 제조된 마스크와 웨이퍼를 사용한 리소그래피에 의해서 웨이퍼상에 실제회로를 형성한다. 다음의 스텝 5(조립)는 후공정이라고 하며, 스텝 4에서 제조된 웨이퍼를 반도체칩내에 형성한다. 이 공정은 조립스텝(다이싱과 본딩), 패키징스텝(칩밀봉)등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 동작테스트, 내구성테스트 등을 스텝 5에서 제조된 반도체디바이스에 대해서 행한다. 반도체디바이스는 이러한 스텝을 거쳐서 완성되고 출하된다(스텝 7).
도 11은 웨이퍼공정을 구체적으로 표시한 흐름도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극형성)에서는 증착에 의해 웨이퍼상에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트공정)에서는 웨이퍼를 감광제로 피복한다. 스텝 16(노광)에서는 마스크상의 회로패턴이 상기 시스템동정기능을 가진 노광장치에 의해서 프린트되고 노광된다. 스텝 18(에칭)에서는 현상된 레지스트상이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트박리)에서는 에칭완료시에 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써 회로패턴이 웨이퍼상에 적층된다.
이상, 본 발명의 제 1 내지 제 8실시예의 장치 및 방법에 의하면, 대상의 역학모델이 특정되어 있으면, 비교적 단시간에 장치를 구성하는 각 요소의 특성을 동정하는 것이 가능해져, 장치의 생산효율, 운전효율을 희생하는 일없이, 반도체노광장치와 같은 산업기기의 자가진단이나 이상검출을 신속하게 행할 수 있다. 또한, 장치의 가동에 의해서 생기는 운동기구의 시간경과에 따른 특성변화를 예상하고, 적절한 타이밍에 정기적인 진단·보수를 행하는 것이 가능해진다. 특성의 변화를 시계열로 포착하고, 이것을 제어계에 반응함으로써, 장치의 성능을 능동적으로 유지하는 것이 가능해진다.
또한, 제 9실시예의 제조방법을 이용하면, 종래는 제조가 곤란하였던 고집적도의 디바이스를 저비용으로 제조하는 것이 가능하다.
이상, 상기 실시예 1 내지 9 및 디바이스제조방법의 실시예에 있어서는, 본 발명의 시스템동정기능을 주로 반도체노광장치에 적용하는 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은, 반도체노광장치이외의 반도체제조장치나, 반도체이외의 예를 들면 액정디바이스를 제조할 때에 이용되는 노광장치에 있어서도 적용가능하다.
또, 상기 설명에 있어서는, 의사무작위신호로서 가장 일반적인 M-시퀀스신호를 이용한 예를 표시하였으나, 다른 형태의 의사무작위신호를 사용하는 것도 가능하다. 특히, 액츄에이터마다, 또는 운동의 자유도마다 독립적으로 인가하는 의사무작위신호는, 1종류로도 충분하므로, 반드시 M-시퀀스신호일 필요는 없다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되어 있지 않고, 본 발명의 사상과 범위내에서 각종 변형과 변경을 실시할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위를 대중에서 알리기 위해 다음의 청구범위를 작성하였다.
Claims (69)
- 의사무작위신호를 생성하여, 운동기구의 운동을 제어하기 위한 액츄에이터에 해당 의사무작위신호를 인가하는 의사무작위신호생성수단(10)과;상기 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 상기 운동기구의 운동상태를 계측하는 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를 수집하는 데이터기억수단(12)과;상기 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 예비필터링수단(13)과;상기 예비필터링수단에 의해 처리된 데이터로부터 수학적 모델을 도출하는 시스템동정(同定)수단(14)과;상기 시스템동정수단에 의해 도출된 수학적 모델을 사용하여 상기 운동기구의 특성값을 도출하는 특성추출/자가진단수단(15)을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구내에 제어를 위해 구비된 복수의 액츄에이터 각각과 1대 1로 대응하여 나타나는 복수의 무상관 의사무작위신호를 모든 액츄에이터에 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구내에 제어를 위해 구비된 각 액츄에이터에 하나의 의사무작위신호를 인가하기 위한 절환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 무상관의 복수의 의사무작위신호를, 운동의 자유도에 대응해서 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은 상기 운동기구의 동작의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 독립적으로 인가하기 위한 절환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 특성값은 주파수응답, 상기 운동기구의 물리적 파라미터, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진, 위상마진 및 상기 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적 정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 전자모터인 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는 상기 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지하기 위한 능동제진장치인 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는, 상기 노광장치에 대해서 시스템동정을 행하기 위해 외부에 부착되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 의사무작위신호는 M-시퀀스신호인 것을 특징으로 하는 노광장치.
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- 기준신호를 노광장치에 입력하는 수단(10)과;상기 입력된 신호에 의거해서 상기 장치를 여진시키는 수단(9, 10)과;상기 장치의 여진결과를 출력신호로서 얻는 수단(51, 52, 53)과;상기 기준신호 및 출력신호에 의거해서 상기 장치의 특성을 동정하는 수단(14)과;상기 동정된 특성을 시간의 경과에 따라 획득해서, 상기 장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단(15)을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 31항에 있어서, 상기 장치의 특성값이 자가진단에 대한 소정의 기준값을 초과한 경우 비정상을 통지하는 수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 31항에 있어서, 상기 장치의 특성은 주파수응답, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진 및 위상마진중 적어도 하나에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 31항에 있어서, 상기 출력신호를 얻기 위한 상기 수단은, 상기 장치의 여진과 동일한 좌표축방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 32항에 있어서, 상기 출력신호를 얻기 위한 상기 수단은, 가속도센서, 위치센서 및 압력센서중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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- 시스템동정장치를 사용하여 시계열방식으로 노광장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단(10,14)과;상기 자기진단결과에 의거해서 노광성능을 유지하기 위해 요구되는 제어법칙을 생성하는 수단(5,6)을 구비한 노광장치에 있어서,상기 노광장치의 기계적 및 전기적 구성요소의 특성의 시간의 경과에 따른 변화를 보상함으로써 성능이 유지되고;상기 시스템동정장치는,대상시스템의 특성을 동정하기 위해 해당 대상시스템에 인가될 기준이 되는 입력신호를 생성하는 신호생성수단(10)과;상기 입력신호를 배분함으로써 상기 대상시스템을 구동하는 구동수단(9, 11)과;상기 대상시스템의 운동상태를 계측하는 센서(51)와;상기 신호생성수단에 의해 생성된 신호와 상기 센서로부터의 출력신호를 시계열데이터로서 기억하는 데이터수집수단(12)과;상기 입력신호 및 출력신호에 의거해서 상기 대상시스템의 특성을 모델링하는 동정연산수단(14)을 구비하고,상기 동정연산수단은 상기 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 의거해서 상기 대상시스템의 특성의 변화를 자가진단하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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