KR20000006401A - 노광장치,제진(除振)장치,시스템동정(同定)장치및시스템동정방법 - Google Patents

노광장치,제진(除振)장치,시스템동정(同定)장치및시스템동정방법 Download PDF

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Abstract

운동기구에서는, 의사무작위신호가 운동기구의 운동을 제어하기 위해 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 유도됨으로써, 시간의 경과에 따른 특성값의 변화를 획득하고, 운동기구의 성능이 적절하게 유지되는지의 여부를 검사하는 자가진단을 행한다.

Description

노광장치, 제진(除振)장치, 시스템동정(同定)장치 및 시스템동정방법{EXPOSURE APPARATUS, ANTI-VIBRATION APPARATUS, SYSTEM IDENTIFICATION APPARATUS, AND SYSTEM IDENTIFICATION METHOD}
발명의 분야
본 발명은, 반도체노광장치내의 X-Y스테이지 또는 능동제진장치 등의 운동기구의 다이나믹특성을, 설계, 제조 및 평가 단계에서 높은 정밀도로 짧은 시간내에 동정하는 방법, 하드웨어 또는 소프트웨어로서 이 방법을 일체화한 노광장치, 이들 장치의 특성의 변화를 동정하는 시스템동정장치, 시스템동정방법 및 노광장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
관련기술의 설명
전자빔, 스테퍼, 스캐너 등을 사용한 전자현미경으로 대표되는 반도체제조장치는 X-Y스테이지, X-Y스테이지 위에 실장된 미세조정스테이지, 및 이들 스테이지를 바닥진동으로부터 독립시키기 위한 제진장치 등의 다양한 운동기구로 일체화된다. 반도체제조장치의 성능을 확실히하고 보장하기 위해, 이들 운동기구의 최대성능을 위한 피드백제어가 실현되어야 한다. 또한, 이 장치는 신호유닛으로서 각 운동기구의 성능뿐만 아니라 운동기구 사이의 성능관계를 고려한 제어방식을 일체화 할 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 운동기구사이에 발생한다. 이 문제는 고정밀도의 위치결정성능을 얻기 위한 장치에서 중요하다. 또한, 시간의 경과에 따른 상기 운동기구의 특성의 변화는, 운동기구의 성능을 항상 일정하게 유지하도록, 이들의 유지를 위해 빠르게 또한 정량적으로 모니터되어야 한다.
이러한 환경하에서, 운동기구의 최대성능을 얻기 위한 제어시스템을 형성하기 위해 운동기구의 특성은 정량적으로 모니터되어야 한다. 운동기구의 특성은 점성댐핑계수, 스프링상수, 기구의 공진주파수 등에 의해 정의된다. 장치설계와 유지는 이들 물리적파라미터를 정량적으로 모니터하고 제어시스템설계에 결과의 데이터를 정교하게 반영함으로써 최적화될 수 있다. 이동가능부분 및 다이나믹조건을 위해 요구되는 위치결정성능을 고려하여, 인가되는 구동력 등의 최적의 정량적인 물리적파라미터에 의거해서 설계된 제어시스템의 특성은, 이러한 물리적 파라미터를 고려함이 없이 설계된 제어시스템의 특성보다 우수하다.
제어되는 대상으로서 운동기구(X-Y스테이지, 미세조정스테이지, 제진기구 등)의 물리적 움직임의 모델링은 제어시스템의 설계를 위해 없어서는 안될 것이다. 물리적 모델링은 다이나믹 또는 전자기학의 물리적 법칙에 의거하여 행해지고, 최적의 제어시스템의 설계는 운동기구에 대해 소망의 상태에서 양호하게 제어할 수 있다.
이것의 실제의 움직임이 반영된 작은 스케일의 운동기구의 물리적모델은, 이 모델이 움직임과 정밀하게 일치하므로, 비교적 쉽게 형성될 수 있다. 복수의 운동기구를 조합함으로써 형성된 큰 스케일의 시스템에 대해서, 예를 들면, 기계유닛의 강성의 평가와 생성되는 힘의 예측 등의 파라미터 근사가 요구되므로, 물리적 모델을 사용한 접근은 정밀한 제어시스템설계에 관해 효과적이지 않다.
제어시스템이 정밀한 물리적모델에 의거하여 설계되는 경우에도, 공업용 기계에서 목표로 하는 복수의 운동기구가 얻어지므로, 각각의 기계의 특성의 변동이 다루어져야 한다. 복수의 장치가 동일한 설계에 의거한 경우에도, 각 장치의 운동기구는 부품작업공정과 조립조건의 약간의 차이(예를 들면, 부품작업공정 정밀도와 조립토크의 변동)에 기인하여 특성이 변화한다. 따라서, 각 장치가 최적의 조건으로 튜닝된다는 가정에 의거한 설계와 제조는 장치의 대량생산을 위해 적절하지 않다.
또한, 운동기구의 기계적특성(예를 들면, 슬라이딩부분의 마찰저항 등)은 운동기구의 동작에 대해 시간의 경과에 따라 변화한다. 이것은 제어성능을 저하시킨다. 마찰정항이 증가하면, 목표위치에 관해서 위치편이가 생겨, 그 결과 위치결정에러가 발생한다. 가장 나쁜 경우는, 불이행 또는 파괴가 발생한다. 이러한 이유로, 주기적인 유지가 운동기구에 대해 요구된다.
복수의 운동기구의 특성을 모니터하고, 설계 및 생산현장에서 시간의 경과에 따른 운동기구의 특성의 변화를 정량적으로 모니터하기 위해, 공업계에서 사용하는 가장 일반적인 방법은 주파수응답에 의거하여 주파수특성데이터를 얻는 방법이다. 이 주파수특성데이터는 주파수응답애널라이저라 칭하는 계측디바이스(통상, 서보애널라이저/FFT(Fast Fourier Transform)애널라이저로 칭함)를 사용하여 얻을 수 있다. 제어되는 대상에 사인파를 입력시키는 사인파스윕방법을 사용하고, 작은 단위내에서 주파수를 변화시키는 주파수변환기능을 얻음으로써, 정밀한 주파수변환기능이 주파수의 작은 증가에 의해 얻어질 수 있다.
사인파는 운동기구를 진동시키기 위해 사용되는 입력파형의 진폭으로서 대상운동기구에 입력된다. 정상상태에서 응답파형의 진폭에 대한 이 진폭의 비(게인)와 위상이 측정되고, 많은 측정점에서 게인과 위상특성이 보데선도로 플롯됨으로써, 운동기구의 응답특성과 위치결정성능을 실험적으로 평가한다.
운동기구의 다이나믹특성은 이들 특성으로부터 모니터되고 설계에 반영된다. 복수의 운동기구의 물리적파라미터를 계산함으로써, 변동의 위치가 검출된다. 또한, 운동기구를 위해 제공된 폐쇄루프시스템의 성능은, 제어이론에서 공지의 것인 게인마진과 위상마진을 사용함으로써 얻을 수 있고, 성능의 저하는 시간의 경과에 따른 이들 지표의 동향을 모니터함으로써 얻는다.
주파수응답애널라이저에 의해 얻은 측정데이터가 운동기구의 특성을 분석하기 위한 데이터로서 유용하나, 측정데이터는 시간의 경과에 따른 운동기구의 특성의 변화에 따라서 제어법칙이나 유지를 위해 사용되지는 않는다. 주파수응답데이터이외의 데이터로의 데이터변환은 불가능하지 않으나, 실제로 행해지지는 않는다. 즉, 데이터가 많은 시간을 소모하면서 측정되는 사실에도 불구하고 이 데이터의 이용효율은 낮다. 이것은, 실험적으로 얻어진 주파수변환기능 등은 시스템을 평가하기 위한 가시정보이고, 주파수변환기능은 물리적모델로서 이 정보를 작성하고,또한 제어시스템설계에 이들을 적용하기 위해 곡선적용 등의 정교한 기술을 사용하여 재작성되어야 하기 때문이다. 또한, 예를 들면, 질량, 강성, 점성댐핑계수 등의 제어시스템용 파라미터를 주파수변환기능으로부터 얻기 위해, 이 정보는 실제의 운동기구의 특성을 연속시스템(자유도가 무한대임)으로서 작성하는데 필수적이고 충분한, 자유도가 n인 이산데이터로 분해되어야 한다.
대상운동기구의 본래의 주파수가 낮다고 가정하면, 이 경우에, 고정밀도의 주파수특성을 얻기 위해, 몇개의 주기의 저주파신호는, 샘플링주파수의 작은 증가와 함께 계측이 행해지는 동안 입력됨으로써, 이에 의해 계측데이터가 평균화된다. 이러한 방법으로, 적절한 계측조건이 설정된다. 대상운동기구의 본래의 주파수가 낮으므로, 계측시간은 오래 지속된다. 많은 계측시간을 필요로 하는 실험적방법이 생산현장에서 동작중인 복수의 장치에 적용되는 경우, 사인파는 큰 부하를 가지고 운동기구에 입력되는 것에 유의해야 한다. 많은 시간을 요구하는 계측방법이, 동일한 타입의 운동기구사이에 특성의 변동을 얻기 위해 사용되는 경우, 이 방법은 생산성을 감소시키는 큰 요인이 된다. 요구되는 계측성능을 충분히 향상시키고, 설계 및 생산현장에서 필수적이고 충분한 분석을 행하기 위해, 조작자용 인간-기계인터페이스, 예를 들면, 계측결과의 표시, 데이터변환(A/D, D/A) 및 계측범위의 설정이 중요한 요인이다.
시간에 따라 운동기구의 특성의 변동을 얻기 위해, 계측에 수반하는 자가진단이, 얻어진 계측결과의 동향을 모니터하도록 주기적으로 행해져야 한다. 그러나, 반도체노광장치를 사용한 IC의 생산의 감쇠는 가능할 때마다 피해야 한다. 따라서, 주기적인 유지를 위한 계측과 자가진단이 짧은 기간의 시간동안 완료될 필요가 있다. 그러나, 종래의 주파수응답애널라이저를 사용한 계측은 상기 요구를 충족시킬 수 없다. 이러한 환경하에서, 높은 분석정밀도로 짧은 기간의 시간동안 계측을 행하는 계측방법, 및 이 계측방법이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 일체화되는 노광장치 또는 제진장치를 실현하기 위한 요구가 있어왔다.
명세서의 일부분을 구성하고 일체화되는 첨부도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 시스템동정기능을 가지는 반도체노광장치의 구성을 도시하는 블록도
도 2는 M-시퀀스의 출력파형의 예를 도시하는 그래프
도 3은 M-시퀀스를 사용한 진동동작에 대한 응답파형의 예를 도시하는 그래프
도 4는 능동제진장치와 그위에 실장된 X-Y스테이지의 구조를 도시하는 사시도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 시스템동정기능을 가지는 반도체노광장치의 구성을 도시하는 블록도
도 6은 능동제진장치의 진동동작에 의해 얻어진 상태의 외란억압률(外亂抑壓率)을 도시하는 그래프
도 7은 사인파를 사용한 진동동작에 대해 측정된주파수응답(이너턴스(inertance))을 도시하는 그래프
도 8은 M-시퀀스를 사용한 진동동작에 대해 측정된 주파수응답(이너턴스)을 도시하는 그래프
도 9는 이너턴스로서 주파수응답을 도시하는 그래프
도 10은 마이크로디바이스를 제조하는 순서를 도시하는 흐름도
도 11은 도 10의 웨이퍼공정의 상세를 도시하는 흐름도
도 12는 시스템동정장치에서 동정결과에 대해 표시처리를 행하는 구성을 도시하는 블록도
도 13은 조건설정윈도우의 구성을 도시하는 도면
도 14는 동정결과의 표시예를 도시하는 사시도
도 15는 동정결과를 상세히 표시하기 위해, 동정결과에 대응하는 요소의 단위로 화면을 분할하는 방법을 도시하는 사시도
도 16은 동정장치의 외관을 도시하는 사시도
도 17은 능동제진장치를 동정하기 위한 동정장치에 의해 인가되는 신호와 수신되는 신호를 도시하는 사시도
도 18은 시스템동정장치의 물리적파라미터를 유도하기 위한 구성을 도시하는 도면
도 19는 대상운동기구의 예로서 능동제진장치의 구조를 도시하는 도면
도 20은 자유도가 6(X, Y 및 Z방향의 병진과 회전)인 상태로 운동기구를 지지하는 구성을 도시하는 도면
도 21은 물리적파라미터를 유도하기 위한 순서를 도시하는 흐름도
도 22는 물리적파라미터를 유도하기 위한 데이터처리를 도시하는 블록도
도 23A내지 도 23F는 각각 입출력신호의 예를 도시하는 그래프
도 24는 운동기구의 실제의 중력중심 G와 가상의 중력중심 G'사이의 위치관계를 도시하는 도면
도 25는 특성을 동정하기 위한 운동기구의 예를 도시하는 도면
<도면의 주요부분에 대한 설명>
1: 노광장치본체 2: 제진테이블
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: 가속도센서 AC
52: 위치센서 PO 1201: 시스템동정장치
1202: 컴퓨터 1203: AD/DA변환기
1204: 입력신호생성유닛 1205: 동정계산유닛
1206: 결과표시유닛 1207: 동정계산데이터파일
1208: 출력신호데이터파일 1209: 출력신호획득조건설정유닛
1210: 데이터통신유닛 1211: AD/DA변환기구동기
1312: 조건설정창 1313: 신호범위셀렉터
1314: 신호획득셀렉터 1417: 동정결과표시창
1418: 표시부(게인도) 1419: 표시부(위상도)
1423: 표시스크린 1720: 제진장치
1721, 1801: 제진테이블
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: 물리적파라미터유도수단
1921: 수직액츄에이터 1822: 수평액츄에이터
1923: 수직지지수단 1924: 수평지지수단
1925: 수직진동센서 1926: 수평진동센서
2231: 입력쪽 모드계산회로 2232: 전류모드증폭기
2233: 출력쪽 모드계산회로 AC: 가속도센서
PO: 위치센서 SV: 서브밸브
LM: 전자기모터
본 발명은 종래예에서 상기 문제를 고려하여 행해졌고, 운동기구에 큰 부하를 과함이 없이 짧은 기간의 시간동안 운동기구의 특성을 정확하게 계측하기 위한 시스템동정을 행하고, 제어법칙의 동정결과를 시간의 경과에 따른 특성의 변화로서 반영함으로써 장해를 제거하는 제진장치와, 동정 및 댐핑에 의거하여 안정한 노광성능을 실현하는 노광장치와, 이 노광장치를 사용함으로써 반도체디바이스를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 특징으로 한다.
의사무작위신호를 생성하고, 운동기구의 동작을 제어하기 위한 액츄에이터에 의사무작위신호를 인가하는 의사무작위신호생성수단과; 운동기구의 동작상태를 계측하기 위한 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를, 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 수집하는 데이터기억수단과; 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 예비필터링수단과; 예비필터링수단에 의해 처리된 데이터로부터 수학적모델을 유도하는 시스템동정수단과; 시스템동정수단에 의해 유도된 수학적모델을 사용하여 운동기구의 특성값을 유도하는 특성추출/자가진단수단을 구비한 노광장치가 제공된다.
의사무작위신호를 생성하고, 운동기구의 운동을 제어하기 위한 액츄에이터에 이 신호를 인가하는 의사무작위신호생성수단과; 운동기구의 운동상태를 계측하기 위한 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를, 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 수집하는 데이터기억수단과; 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 예비필터링수단과; 예비필터링수단에 의해 처리된 데이터로부터 수학적모델을 유도하는 시스템동정수단과; 시스템동정수단에 의해 유도된 수학적모델을 사용하여 운동기구의 특성값을 유도하는 특성추출/자가진단수단을 구비한 제진장치가 제공된다.
운동기구의 운동을 제어하기 위한 액츄에이터에 의사무작위신호를 인가하는 스텝과; 운동기구의 운동상태를 계측하기 위한 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를, 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 수집하여, 데이터기억수단내에 데이터를 기억시키는 스텝과, 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 스텝과; 필터링된 데이터를 사용하여 시스템을 동정하는 스텝과; 시스템의 동정에 의해 계산된 수학적모델을 사용하여 운동기구의 특성값을 유도하는 스텝으로 이루어진 시스템동정방법이 제공된다.
청구항 1에 규정된 노광장치를 제조하는 스텝과, 제조된 노광장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 스텝으로 이루어진 디바이스제조방법이 제공된다.
장치에 기준신호를 입력하는 수단과, 입력신호에 의거하여 장치를 여자하는 수단과, 장치의 여자결과를 출력신호로서 얻는 수단과, 기준신호와 출력신호에 의거하여 장치의 특성을 동정하는 수단과, 시간의 경과에 따른 동정특성을 획득하고 장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단을 구비한 노광장치가 제공된다.
하나의 운동기구에 기준신호를 입력하는 수단과, 입력신호에 의거하여 이 하나의 운동기구를 여자하는 수단과, 이 운동기구위에 실장된 다른 운동기구에 대한 이 하나의 운동기구의 여자결과를 출력신호로서 얻는 수단과, 기준신호와 출력신호에 의거하여 복수의 운동기구를 포함하는 장치의 특성을 동정하는 수단과, 시간의 경과에 따른 동정특성을 획득하고 장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단을 구비한 제진장치가 제공된다.
상기 제진장치를 사용하여 운동기구의 진동을 댐핑시키는 수단을 구비한 노광장치가 제공된다.
대상시스템의 특성을 동정하기 위해 대상시스템에 인가될 기준으로서 입력신호를 생성하는 수단과, 입력신호와 이 입력신호에 대응하는 출력신호를 아날로그 또는 디지틀데이터로 변환하는 수단과, 출력신호를 위한 취득조건을 설정하는 수단과, 입력신호와 출력신호에 의거하여 대상시스템의 특성을 동정하기 위한 계산을 행하는 수단과, 설정된 취득조건에 의거한 동정계산결과를 표시하는 표시제어수단을 구비한 시스템동정장치가 제공된다.
대상시스템의 특성을 동정하기 위해 대상시스템에 인가될 기준으로서 입력신호를 생성하는 신호생성수단과, 입력신호를 배분함으로써 대상시스템을 구동하는 구동수단과, 대상시스템의 운동상태를 계측하는 센서와, 신호생성수단에 의해 생성된 신호와 센서로부터의 출력신호를 시계열데이터로서 기억하는 데이터수집수단과,입력신호와 출력신호에 의거하여 대상시스템의 특성을 모델링하는 동정계산수단을 구비한 시스템동정장치로서, 동정계산수단은 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 의거하여 대상시스템의 특성의 변화를 자가진단하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치가 제공된다.
상기 시스템동정장치를 사용하여 시계열방식으로 노광장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단과, 자가진단결과에 의거하여 노광성능을 유지하기 위해 요구되는 제어법을 생성하는 수단을 구비한 노광장치로서, 성능은 시간의 경과에 따른 노광장치의 기계적 및 전기적 구성요소의 특성의 변화에 대해 보상함으로써 유지되는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다.
시스템의 다이나믹특성을 동정하는 방법으로서, 대상시스템의 특성을 동정하기 위해 대상시스템에 인가될 기준입력신호를 생성하는 스텝과, 입력신호와 입력신호에 대응하는 출력신호를 아날로그 또는 디지틀데이터로 변환하는 스텝과, 출력신호에 대한 취득조건을 설정하는 스텝과, 입력신호와 출력신호에 의거하여 대상시스템의 특성을 동정하기 위한 계산을 행하는 스텝과, 설정된 취득조건에 의거하여 동정계산의 결과를 표시하는 표시제어스텝으로 이루어진 동정방법이 제공된다.
대상시스템의 특성을 동정하기 위해 대상시스템에 인가될 기준입력신호를 생성하는 신호생성스텝과, 입력신호를 배분함으로써 대상시스템을 구동하는 구동스텝과, 대상시스템의 운동상태를 계측하는 계측스텝과, 신호생성스텝에서 생성된 신호와 계측스텝에서 계측결과로서의 출력신호를 시계열데이터로서 기억하는 데이터수집스텝과, 입력 및 출력신호에 의거하여 대상시스템의 특성을 모델링하는 동정계산스텝으로 이루어진 시스템의 다이나믹특성 동정방법으로서, 동정계산스텝에서, 대상시스템의 특성의 변화는 메모리내에 기억된 시계열데이터에 의거하여 자가진단되는 것을 특징으로 하는 동정방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 측면에 의하면, 노광장치내의 의사무작위신호생성수단은, 제어용 운동기구내에 구성된 복수의 액츄에이터와 1대 1로 대응하여 나타난 복수의 비상관 의사무작위신호를, 모든 액츄에이터에 동시에 인가한다.
본 발명의 다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치내의 의사무작위신호생성수단은, 제어용 운동기구내에 구성된 각 액츄에이터에 하나의 의사무작위신호를 인가하기 위한 절환수단을 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치내의 의사무작위 신호생성수단은, 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 상관되지 않은 복수의 의사무작위신호를, 운동의 자유도에 따라서 인가한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치내의 의사무작위신호생성수단은 운동기구의 동작의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 독립적으로 인가하기 위한 절환수단을 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치의 특성값은 주파수응답, 운동기구의 물리적파라미터, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진, 위상마진 및 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치내의 액츄에이터는 전자기모터이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치내의 운동기구는 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지하기 위한 능동제진장치이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치내의 운동기구는 시스템동정을 행하기 위해 노광장치위에 외부적으로 실장된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치에서 의사무작위신호는 M-시퀀스신호이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 의사무작위신호생성수단은, 제어용 운동기구내에 구성된 복수의 액츄에이터와 1대 1로 대응하여 나타난 복수의 비상관 의사무작위신호를 모든 액츄에이터에 인가한다.
본 발명의 다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 의사무작위신호생성수단은, 제어용 운동기구내에 구성된 각 액츄에이터에 하나의 의사무작위신호를 인가하기 위한 절환수단을 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 의사무작위신호생성수단은, 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 상관되지 않은 복수의 의사무작위신호를, 운동의 자유도에 따라서 인가한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 의사무작위신호생성수단은 운동기구의 동작의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 독립적으로 인가하기 위한 절환수단을 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치의 특성값은 주파수응답, 운동기구의 물리적파라미터, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진, 위상마진 및 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 액츄에이터는 전자기모터이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 운동기구는 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 운동기구는 시스템동정을 행하기 위해 노광장치위에 외부적으로 실장된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치내의 의사무작위신호는 M-시퀀스신호이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서 의사무작위신호로서, 운동기구가 제어용으로 가지는 복수의 액츄에이터와 1대 1로 대응하여 나타난 복수의 비상관 의사무작위신호는 모든 액츄에이터에 동시에 인가된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서 의사무작위신호로서, 하나의 의사무작위신호가 제어용 운동기구내에 구성된 각 액츄에이터에 절환수단을 통하여 독립적으로 인가된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서 의사무작위신호로서, 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 상관되지 않은 복수의 의사무작위신호가 운동의 자유도에 따라서 동시에 인가된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서 의사무작위신호생성수단은 절환수단을 통하여 운동기구의 동작의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 인가한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서, 특성값은 주파수응답, 운동기구의 물리적파라미터, 공진주파수, 댐필률, 게인마진, 위상마진 및 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서, 운동기구는 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지하기 위한 능동제진장치이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서, 운동기구는 시스템동정을 행하기 위해 노광장치위에 외부적으로 실장된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정방법에서, 의사무작위신호는 M-시퀀스신호이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치는 장치의 특성값이 자가진단에 대한 소정의 기준값을 초과하는 경우 비정상을 통지하는 수단을 부가하여 구비한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치의 특성은 주파수응답, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진 및 위상마진중 적어도 하나에 의해 형성된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치에서, 출력신호를 얻기 위한 수단은 장치의 여자된 좌표축방향과 동일한 방향으로 배열된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 노광장치에서, 출력신호를 얻기 위한 수단은 가속도센서, 위치센서 및 압력센서중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 제진장치에서, 출력신호로서 상대여자결과를 얻는 수단은 레이저간섭계이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 입력신호를 생성하는 수단에 의해 생성된 입력신호는 화이트신호, 의사화이트 2진신호 또는 M-시퀀스(최대길이 선형이동레지스터 시퀀스)신호이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 출력신호를 위한 취득조건을 설정하는 수단은, 수신될 신호에 따라서 입력신호에 대한 대상시스템의 응답을 계측하기 위한 복수의 신호취득수단으로부터 각 신호를 독립적으로 수신하도록 설정하고, 설정이 행해진 각각의 신호취득수단의 검출감도를 독립적으로 설정한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 표시제어수단은 주파수특성의 게인다이어그램과 위상다이어그램, 또는 동정결과에 의거한 제로극 할당다이어그램중 어느 하나 또는 둘 모두를 표시한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 표시제어수단은 동정결과에 의거하여 표시수단위에 대상시스템의 특성을 물리적으로 작성하기 위한 차방정식 또는 미분방정식의 이산계수성분을 표시한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 이산계수성분은 대상시스템의 질량성분, 강성을 규정하는 공진주파수 및 댐핑계수를 포함한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 복수의 반응신호를 수신하도록 설정된 경우, 표시제어수단은 화면표시를 분할할 때에 표시수단위에 각각의 수신신호에 의거한 동정결과를 표시한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 대상시스템의 특성을 동정하기 위한 계산을 행하는 수단은, 자유도 3의 병진방향과 자유도 3의 회전방향으로 동정계산을 행한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치는 신호생성수단에 의해 생성된 신호에 대해 선형좌표변환처리 또는 필터링을 행하는 제 1보조계산수단을 부가하여 구비하고, 처리에 의해 얻어진 신호는 신호생성수단에 의해 생성된 신호와 상관관계를 형성한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 제 1보조계산수단은 신호생성수단에 의해 생성되고 대상시스템의 병진 및 회전운동모드에 대응하는 신호를 입력으로서 설정하고, 또한 복수의 구동수단에 대응하는 신호에 따라서 병진추진력과 회전모멘트를 발휘하는 구동명령을 출력으로서 설정한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치는 대상시스템에 관해서 구동수단의 구동력을 계측하기 위한 힘센서를 부가하여 구비하고, 데이터수집수단은 힘센서로부터의 출력신호 또는 출력신호를 적절히 처리함으로써 얻어진 신호의 시계열데이터를, 대상시스템에 대한 구동수단을 위한 구동명령에 대응하는 신호로서 기억한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 데이터수집수단은 힘센서로부터의 출력신호에 대해 산술처리를 행함으로써 추출되고 대상시스템에 대한 구동수단으로부터 발휘된 병진추진력과 회전모멘트에 대응하는 신호의 시계열데이터를 기억한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치는 대상시스템의 운동상태를 계측하기 위한 센서로부터의 출력신호에 대해 적절한 산술처리를 행하는 제 2보조계산수단을 부가하여 구비하고, 데이터수집수단은 센서로부터의 출력신호를 대신하여 제 2보조수단으로부터 출력신호의 시계열데이터를 대상시스템의 운동상태로서 기억한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 제 2보조계산수단은 복수의 센서로부터의 출력신호를 입력으로서 설정하고, 대상시스템의 병진 및 회전의 각 운동모드에 대응하는 신호를 추출하여 출력한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 신호생성수단은 의사무작위신호를 생성한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 신호생성수단은 복수의 비상관 의사무작위신호를 생성한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 의사무작위신호는 M-시퀀스신호이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 동정계산수단은, 입력으로서 설정된 대상시스템에 대한 구동수단으로부터의 구동명령과, 출력으로서 설정된 대상시스템의 운동상태에 의해, 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 서브스페이스동정방법을 적용함으로써 대상시스템의 입력/출력특성을 나타내는 모델을 유도한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 동정계산수단에 의해 유도된 모델은, 유도될 미지의 물리적 특성값을 포함하는 대상시스템의 운동방정식으로부터 유도된 상태방정식과 동일한 정도이다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 동정계산수단은, 유도될 미지의 물리적 특성값을 포함하는 대상시스템의 상태방정식에 의거하여 형성된 특성다항식을, 대상시스템의 입력/출력특성에 의거한 수학적모델로부터 유도된 대상시스템의 특성다항식과 비교하고, 대응하는 계수사이의 비교로부터 미지의 계수를 결정하고, 미지의 물리적 특성값을 유도한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 특성다항식의 계수사이의 비교에 의해 결정된 미지의 물리적 특성값은, 특성다항식의 대응하는 계수의 제곱의 합을 최소화하는 계수값을 조사함으로써 유도된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 신호생성수단은 사인스윕신호를 생성한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 동정계산수단에 의해 유도되는 대상시스템의 특성을 나타내는 모델은, 특성루트로서 입력/출력동작의 주파수응답으로부터 얻어지는 대상시스템의 고유값을 사용하여 특성다항식으로서 유도된다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 동정계산수단은, 미지의 물리적 특성값으로서 질량, 관성모멘트 및 대상시스템의 관성의 곱을 포함하는 물리적 특성값을 유도한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 동정계산수단은, 대상시스템의 이동가능부분의 중력중심으로서 가상적으로 설정된 중력중심과 실제의 중력중심사이의 차이를 미지의 파라미터로서 포함하는 대상시스템의 상태방정식에 의거하여 형성된 특성다항식을, 대상시스템의 이동가능부분의 중력중심을 특정하기 위해, 대상시스템의 입력/출력특성에 의거한 수학적모델로부터 유도된 특성다항식과 비교하고, 대응하는 계수사이를 비교하여 미지의 계수를 결정함으로써 실제의 중력중심을 특정한다.
본 발명의 또다른 바람직한 측면에 의하면, 시스템동정장치에서, 동정계산수단은, 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 의거하여 대상시스템의 특성의 변화를 자가진단하고, 자가진단된 특성변화가 성능을 유지하기 위해 요구되는 허용값을 초과하는 경우 비정상을 통지한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 도면전체를 통해서 같은 참조부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타내는, 첨부도면과 함께 취한 이하의 설명으로부터 명백할 것이다.
바람직한 실시예의 설명
본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
(제 1실시예)
운동기구를 진동시키는 신호로서 M-시퀀스가 실시예의 상세한 설명전에 먼저설명될 것이다. M-시퀀스(최대길이 선형이동레지스터 시퀀스)는 의사무작위신호의 타입이다. 도 2는 출력파형의 예를 도시한다. 도 3은 반도체노광장치내의 운동기구가 M-시퀀스를 사용하여 진동되는 경우 응답파형의 예를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, M-시퀀스는 +1과 -1의 불규칙반복성의 패턴이고, 시스템동정용 입력신호로서 공지되어 있다. 그러나, 실제의 기계시스템에 이 신호를 적용한 몇몇 예만이 있다. 예를 들면, 아다치씨 등의 "Comparison between prediction Error Method and Subspace Method Using Identification Experimental Data on ETS-VI Orbit", 계측자동제어학회의 회보 Vol.33, No. 8, pp.805-811(1197)에, 동정실험이 기술테스트위성 ETS-VI의 플렉시블구조 파라미터를 평가하기 위해 행해진 것으로 보고되었다. 그러나, 큰 스케일의 다중가변 기계시스템에 대한 어떠한 적용도 공지되어 있지 않다. 따라서, 현재 공업장치의 신호처리방법을 위한 유틸리티값은 명백해지지 않았다.
이러한 환경하에서, 이 실시예의 반도체제조장치(스테퍼 또는 스캐너)는 진동신호로서 M-시퀀스를 사용한 시스템동정기능을 스프트웨어 또는 하드웨어로서 새로이 일체화한다. 이것은 운동기구의 특성의 충분한 고려에 의거한 장치구성을 제공하고, 공업장치로서 반도체노광장치를 사용할 수 있는 이점을 명백하게 나타낸다.
본 발명의 기술내용의 용이한 이해를 위해, 이 실시예는 운동기구에 대한 적용예로서 능동제진장치를 예로 든다. 명백히, 본 발명에 개시된 기술범위의 적용예는 능동제진장치에 제한되지 않고, 반도체노광장치 내의 다른 운동기구, 예를 들면, X-Y스테이지에 적용될 수 있다. 마찬가지로, 외부의 운동기구는 반도체노광장치로서 일체화된 운동기구 대신에 본 발명에 개시된 시스템동정을 행하도록 제조될 수 있다. 예를 들면, 외부운동기구로서, 진동기 및 질량 댐핑기가 사용될 수 있다.
도 1은 반도체제조장치내의 능동제진장치에 본 발명을 적용한 예를 도시하는 블록도이다. 도 1에 있어서, 참조부호 (1)은 제진테이블을 제어하기 위해 사용되는 센서 및 액츄에이터가 실장되는 노광장치 본체를 나타낸다. 참조심볼 AC는 진동검출수단으로서 기능하는 가속도센서(51)를 나타낸다. PO는 위치계측수단으로서 기능하는 위치센서(52)를, SV는 무거운 제진테이블을 포함하는 장치본체를 지지하기 위한 공기펌프로 작업유체의 공급 도는 공기펌프로부터 작업유체의 방출을 제어하는 서보밸브(도시되지 않음)를, LM은 제진테이블의 일시적인 진동을 주로 억압하는 전자기모터를 나타낸다. 센서 및 액츄에이터를 나타내는 이들 심볼에 하이픈 "-"과 함께 부가된 심볼은 제진테이블상의 대응하는 성분의 방위 및 위치를 나타낸다. 방위 및 위치는 도 4를 참조함으로써 더욱 명백해질 것이다.
도 4에 있어서, X-Y스테이지(3)는 제진테이블(2)위에 실장된다. 이들 성분은 센서 및 액츄에이터를 일체화하는 능동마운트(4-1), (4-2) 및 (4-3)에 의해 지지된다. 참조심볼 AC-X1은 능동마운트(4-1)내의 진동계측수단을 나타낸다. 이 수단은 X방향으로의 진동을 계측하기 위해 위치된다. SV, PO 및 PR은 도 4에 도시되지 않은 것에 유의해야 한다.
전자기모터 LM을 사용한 진동제어시스템의 구성은 도 1을 다시 참조하여 설명될 것이다. 먼저, 가속도센서 AC-Z1, AC-Z2, AC-Z3, AC-X1, AC-X2 및 AC-X3로부터의 출력은 제진테이블(2)의 병진 및 회전 등의 운동모드에 대한 신호, 예를 들면, 운동모드 가속도신호(ax, ay, az, aθx, aθy, aθz)를 얻는 운동모드추출산술수단(5)으로 가이드된다. 이들 신호는 각 운동모드에 대한 점성신호로 변환되도록 적분보상기(6)에 인가된다. 점성신호는 각 운동모드의 댐핑을 조절하기 위해 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 이등 신호에 의해 여자된다. 진동제어시스템의 이러한 구성에 의해, 제진테이블(2)의 진동특성은 운동모드의 유니트마다 간섭이 거의 없이 조절될 수 있다.
부가의 단자가 상기 기술한 전자기모터 LM용 진동제어시스템의 구동기(9)의 입력단에 접속된다. 다중채널/비상관/M-시퀀스 신호생성기(10)의 출력은 스위치(11)를 통하여 이들 부가의 단자에 접속된다. 스위치(11)는 능동마운트내의 모든 전자기모터 LM에 접속을 위한 온/오프동작을 다루는 기능을 한다. 도 1에 도시된 경우에, 모든 전자기모터 LM은 M-시퀀스신호에 의해 동작된다. M-시퀀스신호생성기(10)로부터 출력된 M-시퀀스신호는 상관되어 있지 않고, 따라서 능동마운트(4)의 모든 전자기모터는 비상관 M-시퀀스신호에 의해 구동된다. 동작시 제진테이블(2)의 움직임은, 진동계측수단 AC, 위치계측수단 PO 및 압력계측수단 PR을 포함하는 운동상태 계측용 센서로부터의 출력신호에 따라 모니터될 수 있다. 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 필터링될 예비필터링유닛(13)에 전송된다. 다음에, 시스템동정유닛(14)은 필터링된 입력/출력데이터에 대해 동정을 행한다. 이 경우에 행해진 시스템동정은 입력/출력데이터를 사용하여 수학적 모델을 얻는 것이다. 수학적모델, 예를 들면, ARX, FIR, ARMAX, ARARX, ARARMAX, BJ, OE 및 상태/공간모델이 필요에 따라 선택된다. 이들 수학적모델의 설명은 생략된다. 부가의 정보를 위해서는, 슈이치 아다치씨의 "System Identification for Control Based on MATLAB"(도쿄전기대학 발행)를 참조한다. 결국, 시스템동정유닛(14)에 의해 얻어진 수학적모델은, 특성추출 및 자가진단을 위한 데이터변환을 행하는 특성추출/진단유닛(15)에 보내진다.
능동제진장치의 모든 전자기모터 LM은 비상관 M-시퀀스신호를 사용하여 즉시 진동하고, 계측시간은 매우 짧다. 최근에, 다중채널서보분석기가 시장에 나왔다. 그러나, 이 실시예의 진동동작시 계측시간은 이러한 분석기를 사용한 진동동작시 시간보다 훨씬 짧다.
다중채널/비상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 한 신호는 스위치(11)를 온/오프시킴으로써 각 전자기모터 LM에 독립적으로 인가된다. 더욱 상세하게는, 먼저 전자기모터 LM-Z1만이 각 센서로부터의 출력신호를 계측하도록 동작되고, 다음에 전자기모터 LM-Z2만이 각 센서로부터의 출력신호를 계측하도록 동작된다. 이러한 방법으로, 상기 계측이 각 액츄에이터에서 독립적으로 행해진다. 이러한 동작은 본 발명의 범위내에서 이 실시예의 변형으로서 일체화된다.
[제 2실시예]
제 1실시예에 있어서, 능동마운트(4)의 각 축에 대한 액츄에이터는 다중채널/비상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 비상관신호에 의해서 동시에 동작된다. 이와 달리 다중채널/비상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 출력신호중 하나는 각 축에 대한 액츄에이터에 독립적으로 인가되어 이것을 동작시킨다.
그러나, 진동방법은 이들 방법에 한정되지 않는다. 또한, 상기 동작은, 도 5에 표시된 바와 같이 행해질 수 있다. 도 5를 참조하면, 다중채널/비상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 출력은 스위치(11)를 개재해서 운동모드배분산술수단의 입력스테이지에 추가된다. 예를 들면, 스위치(11)의 접점 C를 개재해서 부여된 M-시퀀스는 Z축방향의 위상에서 전자기모터 LM-Z1, LM-Z2, LM-Z3를 여자시키기 위해 Z방향에서 게인보상된 신호 dz와 함께 운동모드배분산술수단(8)에 입력된다. 결과적으로 제진테이블(2) 전체는 Z축방향으로 진동하게 된다. 마찬가지로 Z축의 회전방향에서 게인보상된 신호 dθx와 접점 d를 개재해서 부여된 M-시퀀스는 운동모드배분산술수단(8)에 입력되어 Z축방향으로 전자기모터 LM-X1를 여자시킴으로써, 제진테이블(2)을 진동시켜서, X축둘레로 회전시킨다. 즉, 이 장치는 각각의 직각운동모드에서, 제진테이블(2)을 진동시키도록 설계되어 있다. 제 1실시예에서와 같이, 스위치(11)의 접점을 온/오프함으로써 제진테이블(2)의 강체의 6개 자유도의 모든 운동모드는 동시에 진동될 수 있거나 독립적으로 진동될 수 있다. 이때의제진테이블(2)의 움직임은 노광장치본체(1)에 장착된 진동측정수단 AC, 위치측정수단 PO, 압력측정수단 PR 등을 포함하고 운동상태를 측정하는 센서로부터의 출력신호에 의해서 모니터될 수 있다. 이들 데이터는 데이터저장유닛(12)에 저장된다. 데이터저장후의 데이터처리는 도 1에 언급된 것과 동일하므로 설명에서는 생략한다.
루프차단스위치(16)를 도 1에 표시한 구성에 추가하는 것을 주목해야 한다. 이 스위치는, 전자기모터 LM이 진동측정수단 AC에 의거해서 구동되는 폐쇄루프에서 다중채널/비상관/M-시퀀스 신호생성기(10)로부터의 출력신호를 사용하는 진동동작을 행하는 것과, 개방루프에서 진동동작을 행하도록 이 루프를 폐쇄하는 것 사이에서 선택하기 위해 사용된다. 루프차단스위치(16)는 진동/입력동작에 의해 얻어지는 데이터의 분석의 목적에 따라서 선택적으로 온/오프된다. 비록 루프차단스위치(16)가 도 1의 구성에는 생략되어 있지만, 도 1의 장치는 데이터의 분석의 목적에 따라서 전자기모터 LM을 사용하는 폐쇄루프시스템의 개폐를 선택하기 위해 이 스위치를 사용할 수 있다는 것은 확실하다.
제 1 및 제 2실시예에 있어서, M-시퀀스신호에 의거한 진동동작은 전자기모터 LM을 사용해서 행할 수 있다. 전자기모터는 고주파까지 대상운동기구를 진동시킬 수 있기 때문에, 그들은 시스템일체화를 위한 적절한 액츄에이터로서 사용될 수 있다. 본 발명은 다른 형태의 액츄에이터를 적절하게 사용할 수 있으므로 전자기모터에 한정되지 않는다.
[제 3실시예]
상기 실시예에 있어서, 능동제진장치의 액츄에이터는 M-시퀀스신호에 의해 여자되고, 결과의 데이터는 분석될 장치의 센서에 의해 수집된다. 즉, 능동제진장치 자체의 특성을 파악할 수 있다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이, 반도체노광장치의 운동기구의 실행은 자동적으로 포함하지 않는다. 예를 들면, 능동제진장치의 실행은 제진테이블(2)에 장착된 X-Y스테이지(3)(도 4참조)의 실행에 큰 영향을 준다. 비록 다른 운동기구의 실행은 서로 영향을 준다고 알려져 있지만, 그러한 영향에 대해서는 양적인 분석이 행해지지 않았다. 종래의 측정방법, 즉 서보분석기를 사용한 사인신호에 의거한 진동동작에 있어서, 매우 복잡한 측정이 운동기구사이의 상호관계를 파악하기 위해 요구된다. 이러한 종래의 방법과는 다르게, M-시퀀스신호를 사용한 진동동작에 있어서, 측정을 단시간내에 행할 수 있고, 입수한 데이터를 각종 관점에서 분석할 수 있다. 예를 들면, 도 6은 X-Y스테이지(3)의 외란억압비를 나타내는 주파수응답을 도시한다. 외란억압비는 X-Y스테이지(3)에 외란으로서 작용하는 진동이 억제되는 구체적인 정도를 나타내는 지표이다. 또한, 이것은 X-Y스테이지(3)의 중요한 능력중 하나를 나타낸다. 명확하게 도 6의 억압비가 높아질수록, 더욱 우수한다. 이 주파수특성은 능동제진장치의 액츄에이터의 진동동작시에 X-Y스테이지(3)용 위치결정제어시스템으로부터 출력된 위치편차신호, 또는 도 1 및 도 5에 도시된 X-Y스테이지(3)의 위치를 측정하기 위한 레이저간섭계 LA-X101, LA-Y102, LA-θ103으로부터 출력된 신호를 관찰함으로써 얻은 특성값이다. 이 경우에, 레이저간섭계 LA-X101, LA-Y102, LA-θ103은 X 및 Y방향에서 X-Y스테이지(3)의 변위와, 수직축 둘레에서 X-Y스테이지(3)의 회전을 각각 측정한다. 그러므로, 이 장치가 도 1 또는 도 5의 데이터저장유닛에 새로운 X-Y스테이지 위치편차신호 또는 레이저간섭계정보를 입력하도록 설계되어 있으면, 상기 외란억압비는 신속하게 측정될 수 있다.
(제 4실시예)
이하, 특성추출/진단유닛(15)에 의해 추출된 상세한 특성의 내용을 설명한다.
(1) 특성검출시의 주파수응답
도 7의 서보분석기를 사용해서 얻은 제진테이블(2)의 주어진 능동마운트(4)의 주파수응답을 도시한다. 도 8은 도 1 또는 도 5에 도시된 장치구성에서 M-시퀀스신호에 따라서 제진테이블(2)을 진동시킴으로써, 단시간내에 얻은 동일한 마운트의 주파수응답을 도시한다. 대부분 유사한 주파수특성이 얻어지는 종래의 측정결과에 따라서 확인된다. 그러나, M-시퀀스신호를 사용하는 측정은 단시간에 행해질 수 있다. 확실하게는 단시간이 진동동작에 의해 얻어진 측정정밀도는 종래의 측정에서와 거의 동일하기 때문에, 도 1 또는 도 5에 도시된 시스템동정기능을 가진 반도체노광장치에 의한 주파수응답의 측정은 종래의 측정보다 우수하다.
주파수응답은 장해분석을 위해서 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 도시한다. 도 9를 참조하면 점선 A로 둘러싸인 부분의 피크는 제진테이블의 병진/회전운동의 고유주파수인 공진주파수이다. 이 주파수와피크량(댐핑비)은 제진테이블의 이동을 제어하는 중요한 파라미터이다. 이러한 파라미터는 다음과 같이 사용될 수 있다. 제어한계는 피크량이 증가하는 현상을 검출하기 위해 설정되어 있다. 그러한 현상의 검출시에 트리거신호는 악화된 경우에 경고를 발생시키거나 장치를 강제적으로 정지시키도록 활성화된다. 점선 B로 둘러싸인 저주파부분의 특성을 고정된 면의 기계부재와 제진테이블사이의 기계적 충돌을 허용한다.
점선 C로 둘러싸인 고주파부분의 특성은 제진테이블과의 약간의 충돌의 검출을 허용한다. 주파수응답의 특성을 파악함으로써 장치의 상태를 진단할 수 있다.
명확하게, 진단을 위해 사용된 특성은 이너턴스응답에 한정되지 않는다. 예를 들면 컴플라이언스나 이동성을 사용할 수 있다. 이와 달리 진동동작에 의해 얻은 실제의 파형은 장해진단을 행하기 위해 일반적인 동작시에 장치내의 파형과 비교할 수 있고, 동일한 동작은 실제 파형의 스펙트럼분석에 의해서 행해질 수 있다.
(2) 특성검출시의 물리적파라미터:
통상 강체의 운동방정식은 다음과 같이 표현된다.
여기서 M은 질량매트릭스이고, C는 점성의 댐핑매트릭스이고, k는 강성매트릭스이고, F는 구동력벡터이고, X는 변위벡터이고, "·"은 시간미분을 표시한다.
상기 방정식은 강체의 무게중심과 결합된 병진/회전 모드방정식이다. 실제로 능동제진장치에 의해 지지되는 운동기구에 대해서는 액츄에이터와 센서가 공간적으로 분포되어 있다. 그러므로, 방정식(11)과 이들 구성요소의 기하학적 구성을 고려하면, M, C, K매트릭스를 구성하는 계수요소는 일련의 측정결과로부터 얻을 수 있다. 제 1실시예에 있어서, 측정데이터는 각각의 액츄에이터를 동시에 동작시킴으로써 얻어지고, 또는 액츄에이터의 수에 대응하는 측정데이터의 설정은 액츄에이터를 독립적으로 동작시킴으로써 얻어진다. 측정데이터를 수집하는 액츄에이터와 센서의 위치좌표를 고려하여 측정데이터는 X, Y, Z방향에서의 병진/회전의 진동모드에 따라서 분할함으로써 상기 방정식에 의해서 표현된 형태의 데이터로 변환시킬 수 있다. 도 5에 표시된 장치구성을 사용하면, 진동동작은 각각의 운동모드에서 행해지고, M, C, K는 방정식(1)을 사용해서 직접 계산할 수 있다. 그러므로, 다수의 알려진 물리적파라미터의 존재를 가정함으로써 M, C, K값을 계산할 수 있다. 편차가 일어나는 운동기구의 구체적인 부분은 복수의 장치에 이 계산방법을 적용함으로써 얻어진 M, C, K값을 비교해서 알 수 있다. 이러한 편차를 검출할 수 있으면, 제조공정에서의 제어기준 등은 허용오차가 운동기구를 위한 부품작업 및 조립공정에서 고정되는 것에 따라서 정량적으로 결정될 수 있다.
(3) 집적설계:
종래의 기술에 있어서, 기구설계를 완료한 후에 제어장치는 이 기구에 의거해서 설계된다. 현상기간과 비용을 감소하기 위한 요구를 만족하기 위해서, 기구설계와 제어설계를 한번에 행할 필요가 있다. 운동기구와 제어장치 양쪽은 컴퓨터에 결합되어 있고 이들의 설계와 개량을 시뮬레이션한다. 소정의 실행요구가 만족되면, 제품을 제조한다. 이 동작을 위한 주요전제는 실제제품의 현상을 표현할 수 있는 운동기구모델이 있다는 것이다. 명확하게, 본 실시예에서 시스템동정기능을 가진 반도체노광장치에서 시스템동정유닛(14)에 의해 얻은 수학적인 모델은 집적설계시의 수학적모델로서 사용될 수 있다.
(4) 검출이 불가능한 부분에서의 진동평가:
X-Y스테이지(3)가 스텝-앤드-리피드 또는 스텝-앤드-스캔 동작시에 이동하면, 반도체노광장치의 가장 중요한 구성요소인 투영광학계를 진동시킨다. 이것은 IC의 프린팅에 크게 영향을 준다. 이를 개선하기 위해 우선 이 유닛의 진동레벨을 미리 검출해야 한다. 그러나, 예를 들면 가속도센서는 진동을 측정하기 위한 투영광학계의 렌즈에 부착되도록 허용하지 않는다. 투영광학계의 렌즈에 추가해서, 측정을 위한 가속도센서 등의 측정디바이스는 협소한 부분에 위치된 다른 중요한 유닛에 부착될 수 없다. 그러한 경우에, 본 실시예의 시스템동정기능을 가진 반도체노광장치의 구성은 그 효과를 발휘한다. 도 1 또는 도 5의 농동제진장치의 센서로부터의 출력신호이외의 각종 측정출력은 데이터기억유닛(12)에 입력될 수 있다. 그러므로, 반도체노광장치에 공간적으로 분포된 각종 센서중의 전달특성을 파악할 수 있다. 공간적으로 분포된 부분사이의 상관관계를 알면, 센서를 위치시킬 수 없는 부분의 전달특성을 평가할 수 있다. 예를 들면, 투영광학계의 렌즈중심의 진동레벨을 용이하게 평가할 수 있다. 또한, 특성추출/진단유닛(15)은 데이터를 획득하는 반도체노광장치내의 부분과 데이터기억유닛내의 데이터를 고려해서 직접 측정이 불가능한 부분의 진동레벨(물리적정보)을 평가하는 기능을 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 유지를 위한 데이터로서 효과적으로 사용될 수 있다. 획득한 데이터는 분석되고 자가진단을 위해 평가되어 소정의 레벨에 유지되도록 장치의 실행을 허용한다. 이 장치내에 그러한 신호를 발생시키는 수단을 제작함으로써 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 도시된 바와 같이, 시스템동정장치(1201)는 산술처리를 행하는 컴퓨터(1202)와 아날로그신호를 디지털신호 등으로 변환하는 AD/DA변환기로 구성되어 있다. 컴퓨터(1202)는 주로 동정대상으로서 운동기구(또는 아래의 실시예에서 일반적으로 대상시스템이라고 하는 동정대상으로서 운동기구시스템)의 특성을 동정하는 동정계산을 행하고, 표시스크린(1423)(도 14 참조)에 동정결과를 표시한다.
AD/DA변환기(1203)는 동정대상에 부여된 디지털입력신호를 아날로그신호로변환시키고, 또한 동정대상으로부터의 아날로그출력신호를 디지털출력신호로 변환시킨다. 이 동작에 의해서 동정대상이 연속적인 시스템이고 아날로그신호가 입출력신호로 사용되더라도 이들 신호는 디지털신호로 변환될 수 있고 계산을 위해 사용될 수 있다.
이하, 시스템동정장치(1201)의 구성과 동작을 더욱 구체적으로 설명한다. 도 12에 도시된 시스템동정장치(1201)의 컴퓨터는 다음의 처리를 행한다. 입력신호생성유닛(1204)은 동정대상에 부여되는 입력신호를 생성시킨다. 입력신호생성유닛(1204)에 의해 생성된 입력신호는 화이트신호, 의사-화이트이진신호, 또는 M-시퀀스신호이다. 데이터통신유닛(1210)은 입력신호데이터파일(1207)에 기록되고 동정대상에 부여되는 입력신호를 AD/DA변환기(1203)에 전달한다. 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 출력신호데이터파일(1208)에 신호를 기록한다. 동정계산유닛(1205)은 입력신호생성유닛(1204)으로부터의 입력신호와 출력신호데이터파일(1208)에 기록된 출력신호에 따라서 동정대상의 특성을 동정하기 위한 계산을 행한다. 결과표시유닛(1206)은 동정결과를 표시한다.
시스템동정장치(1201)의 AD/DA변환기(1203)에 있어서, AD/DA변환기구동기(1211)는 컴퓨터(1202)의 데이터통신유닛(1210)으로부터 디지털입력신호를 수신해서 아날로그입력신호로 변환하여 동정대상에 신호를 부여한다. 또한, AD/DA변환기구동기(1211)도 이 동정대상에서 발생된 아날로그출력신호를 디지털출력신호로 변환해서 컴퓨터(1202)의 데이터통신유닛(1201)으로 전송한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 출력신호획득조건설정유닛(1209)은 표시스크린(1423)상에 조건설정창(1312)을 표시해서 조작자가 신호획득의 허용과 금지를 임의로 선택해서, 신호범위를 설정하도록 허용한다. 도 13은 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 얻을 수 없다.
또한, 조작자도 신호범위셀렉터(1313)에 의해 4개 스텝, 즉 ±1V, ±2V, ±5V, ±10V의 신호획득범위를 절환할 수 있다. 획득되는 출력신호의 범위나 진폭에 따라서 신호획득범위를 절환함으로써, 동정대상에 의거한 출력신호는 노이즈레벨에 의해 영향을 받지 않고서 고정밀도로 획득할 수 있다.
동정계산유닛(1205)으로부터의 동정결과의 수신시에 도 14에 도시된 바와 같이, 결과표시유닛(1206)은 표시스크린(1423)상에 동정결과표시창(1417)을 표시한다. 각각의 동정결과표시창(1417)은 게인도(1418)와 위상도(1419)중 양쪽 또는 한쪽을 표시한다. 이러한 주파수특성을 표시함으로써 동정대상의 특성은 분명하게 표시될 수 있다. 도 14를 참조하면, 각각의 동정결과표시창(1417)은 주파수특성도로서 위상도와 게인도 양쪽을 표시한다. 그러나, 동정결과표시창(1417)에 표시된 동정결과는 제로극할당, 미분방정식, 차방정식, 공진주파수, 댐핑계수등이다.
동정결과표시창(1417)은 도 14에 표시된 바와 같이 전체 표시스크린(1423)상에 표시된다. 이로 인하여 우수한 가시도로 동정결과를 표시할 수 있다. 그러므로, 조작자는 동정결과를 분명하게 인지할 수 있다.
제진장치(1720)의 특성을 동정하는 시스템동정장치(1201)를 다음에 설명한다. 도 17에 표시된 바와 같이, 제진장치(1720)는 제진테이블(1721), 이 제진장치(1720)의 4개 코너를 지지하는 마운트유닛(1722a),(1722b),(1722c),(1722d), 제진테이블(1721)에 제어력을 부여하는 액츄에이터 및 제진테이블(1721)의 진동을 검출하는 진동센서로 구성되어 있다(도 17에는 액츄에이터와 진동센서가 표시되어 있지 않다). 제진장치(1720)는 진동제어를 행해서, 제진테이블(1721)내에 발생된 진동을 신속하게 감쇠시킨다. 제진테이블 (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 부여한다. 이들 신호에 의거해서 구동된 액츄에이터는 제진테이블(1721)을 진동시킨다. 이 때에, 제진테이블(1721)에 발생된 진동은 진동센서에 의해서 검출된다. 시스템동정장치(1201)는 진동센서로부터 출력신호를 획득하여 이들 입출력신호에 따라서 시스템동정장치의 특성을 동정한다. 액츄에이터에 부여된 입력신호는 6개의 모드, 즉 X축방향의 병진 Fx, Y축방향의 병진 Fy, Z축방향의 병진 Fz, X축둘레의 회전 Mx, Y축둘레의 회전My, Z축둘레의 회전 Mz에 의거한다. 진동센서로부터 얻은 출력신호는 6개의 모드, 즉 X축방향의 병진 Sx, Y축방향의 병진Sy, Z축방향의 병진Sz, X축둘레의 회전 Sθx, Y축둘레의 회전 Sθy, Z축둘레의 회전 Sθz에 의거한다. 이들 신호는 전송되어 AD/DA변환기 구동기(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)은게인도(1418)와 위상(1419)와 같이, 6개의 모드, 즉 병진의 3개의 자유도와 회전의 3개의 자유도의 전체의 동정결과를 표시한다.
즉, 6개모드의 동정결과는, X축방향의 병진을 표시하는 입력신호Fx에 의거한 출력신호 Sx, Y축방향의 병진을 표시하는 입력신호 Fy에 의거한 출력신호Sy, Z축방향의 병진을 표시하는 입력신호 Fz에 의거한 출력신호 Sz, X축둘레의 회전을 표시하는 입력신호 Mx에 의거한 출력신호 Sθx, Y축 둘레의 회전을 표시하는 입력신호 My에 의거한 출력신호 Sθy, Z축둘레의 회전을 표시하는 입력신호 Mz에 의거한 출력신호 Sθz에 따라서 동정결과표시창(1417)에 표시된다.
예를 들면, "SxFx"는 입출력신호를 명확히하기 위해 X축방향의 병진을 표시하는 입력신호 Fx와 대응출력신호 Sx의 표시부(1418),(1419)에 부착됨으로써, 6개모드를 판별하고 표시한다. 이 표시레이아웃에 따르면, 3개의 모드 X축방향의 병진, Y축방향의 병진, Z축방향의 병진은 이름순서대로 표시스크린(1423)의 하부의 왼쪽에서부터 순차적으로 배열되어 있고, 3개의 모드, 즉 X축둘레의 회전, Y축둘레의 회전, Z축둘레의 회전은 이름순서대로 표시스크린(1423)의 하부의 왼쪽에서부터 순차적으로 배열되어 있다. 서로 좌표계를 매칭하면서, 병진 및 회전동정결과를 수직으로 레이아웃함으로써 조작자는 제진장치(1720)의 특성을 명확하게 인식할 수 있다.
도 14에 따르면, 표시스크린(1423)은 병진 및 회전의 운동모드에 따라서 상부와 하부로 분리된다. 그러나, 표시스크린(1423)은 오른쪽 및 왼쪽부분으로 분리될 수 있다. 이 경우에, X축방향의 병진이나 X축둘레의 회전, Y축방향의 병진이나 Y축둘레의 회전, Z축방향의 병진이나 Y축둘레의 회전의 운동모드들은 이름순서대로 표시스크린(1423)의 좌·우부분의 하부위치로부터 순차적으로 배열되어 있따. 또한, 이 표시방법은, 제진장치(1720)의 특성을 표시스크린상의 6개 동정결과표시창(1417)에 순서대로 표시하도록 한다. 그러므로, 조작자는 제진장치(1720)의 특성을 분명하게 인식할 수 있다.
도 15는 제진장치(1720)의 특성이 더욱 구체적으로 표시되는 경우에 시스템동정장치(1201)에 의해서 얻은 처리결과의 표시를 나타낸다. 도 14에 표시된 경우에 있어서, 예를 들면, X축방향의 출력신호는 X축방향의 입력신호에 따라서 표시된다. 이런 방식에 있어서, 입출력좌표계는 서로 매치한다(다수의 자유도시스템의 운동방정식으로서 표현될 때, 대각선 요소에 대응한다). 도 15에 표시된 경우에 있어서, X축방향의 입력신호를 여기하는 X축방향의 출력에 부가해서 Y축 및 Z축방향의 출력신호(다수의 자유도시스템의 운동방정식으로서 표현될 때 비대각선요소에 대응함)가 표시되어, 정보를 더욱 구체적으로 표시한다.
상기 언급한 바와 같이 제진장치(1720)를 위한 입력신호 및 출력신호가 6개의 모드에 의거하기 때문에 6개모드의 입력신호와 6개모드의 출력신호는 서로 결합되고, 제진장치(1720)의 특성은 총 36피스의 진동모드정보에 의해서 규정되어 있다. 도 15를 참조하면, 표시스크린(1423)은 수직 및 수평의 양방향에서 6개부분으로 분리됨으로써 36개의 동정결과표시창(1417)을 표시한다.
예를 들면, "SxFx"는 X축방향의 병진을 표시하는 입력신호 Fx에 대응할 때, X축방향의 병진을 표시하는 출력신호 Sx를 명백하게 표시하고, "SyFx"는 X축방향의 병진을 표시하는 입력신호 Fx에 대응할 때 Y축방향의 병진을 표시하는 출력신호 Sy를 명백하게 표시함으로써 조작자가 데이터사이의 입출력관계를 명확히 인식하도록 한다.
상기 언급한 바와 같이, 본 실시예에 따른 시스템동정장치 및 방법에 따르면, AD/DA변환기를 사용해서 조작자가 설비등에 의거한 출력에 따라서 신호획득범위를 설정하도록 한다. 또한, 동정결과를 표시할 수 있어서 조작자가 설비 등의 특성을 용이하게 인식하도록 한다.
[제 6실시예]
도 18은 시스템동정장치에서 물리적파라미터를 획득하는 구성을 도시한다. 노광장치 등이 장착된 제진테이블(1801)은 4개의 능동제진장치(1802a),(1802b),(1802c),(1802d)에 의해서 지지되어 있다. 능동제진장치의 지지유닛(1802a),(1802b),(1802c),(1802d)은 수직 및 수평방향으로 배치된 에어스프링과 같은 제진지지수단을 가진다. 이러한 구성에 의해서 장치본체가 지지된다. 도 18에 도시된 바와 같이 4개의 지점에서 능동제진장치(1802)에 의해서 감쇠되고 지지된 제진테이블(1801)을 가진 장치를 예로서 설명했지만, 본 발명에 개시한 장치 및 방법은 본 예에 한정되지 않는다. 명확하게, 본 발명은 6개 자유도의 일반적인 운동기구, 즉 3개 지점에서 지지되도록 설계된 장치에 적용될 수 있고, 그러한 장치에 대한 본 장치 및 방법의 적용은 본 발명에 열체화되어 있다.
도 19는 각각의 능동제진장치의 구조를 더욱 구체적으로 설명하는 도면이다. 각각의 능동제진장치(1802a),(1802b),(1802c),(1802d)는 수직방향으로 제진테이블(1801)에 제어력을 부여하는 수직액츄에이터(1921)와, 수평방향으로 제진테이블(1801)에 제어력을 부여하는 수평액츄에이터(1922)와, 수평방향으로 제진테이블(1801)을 감쇠/지지하는 수평지지수단(1924)과, 제진테이블(1801)에 장착된 수직 및 수평진동센서(1925),(1926)이나 제진테이블(1801)의 수직 및 수평진동을 검출하기 위해 거기에 단단하게 결합된 부재를 포함한다.
수직액츄에이터(1921)와 수평액츄에이터(1922)로서, 선형모터와 같은 전자기모터, 에어스프링으로 또는 에어스프링으로부터 공기의 공급/배출을 조절하는 밸브에 의해, 에어스프링의 내압을 제어하도록 설계된 공압액츄에이터, 또는 이들 액츄에이터의 조합을 사용할 수 있다. 에어스프링을 사용하는 상기 공압액츄에이터를 수직액츄에이터(1921)와 수평액츄에이터(1922)로서 사용하면, 이 액츄에이터를 수직지지수단(1923)및 수평지지수단(1924)으로서도 제공할 수 있다.
수직진동센서(1925)와 수평진동센서(1926)에 대해서 가속도로서 제진테이블(1802)의 진동을 검출하는 가속도센서를 적절하게 사용할 수 있다.
이 능동제진장치(1802)(도 18의 능동제진장치(1802a),(1802b),(1802c),( 1802d)의 대표)는 수직진동센서(1925)와 수평진동센서(1926)에 의해 제진테이블로부터 얻은 진동검출신호를 제어연산수단(도시생략)에 입력해서 신호에 대한 보상동작을 행하고, 결과신호에 의거해서 수직액츄에이터(1921)와 수평액츄에이터(1922)를 제어함으로써 장치의 진동을 능동적으로 제어할 수 있다.
각각의 능동제진장치(1802a),(1802b),(1802c),(1802d)는 제어루프를 독립적으로 형성해서 제어계산을 행하거나, 각각의 능동 제진장치(1802a),(1802b),(1802c),(1802d)는 제어계산을 행해서 전체제진테이블(1802)의 각각의 운동실행 즉 병진이나 회전에서 진동을 제어한다.
동정대상으로서 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 6개 자유도의 강체운동기구로서 규정된다. 이 6개 자유도의 운동기구에서 제진테이블(1801)의 관성곱, 관성모멘트, 질량과, 제진장치(1802)의 제진지지수단의 점성댐핑계수, 스프링상수를 동정하는 장치 및 공정은 다음에 설명한다.
도 20은 제진테이블(1801)을 댐핑/지지하는 농동제진장치(1802a),(1802b), (1802c),(1802d)와 제진테이블(1801)로 구성되고, 병진의 3개 자유도와 회전의 3개 자유도의 운동모드를 가진 기게적인 모델로서 6개 자유도의 운동기구를 개략적으로 표시한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 6개 자유도의 운동기구의 특성을 동정하기 위해, 본 발명에 개시된 동정장치는 제진테이블(1801)을 진동시키는 복수의 진동수단(1811)과, 이 진동수단(1811)에 부여되는 진동입력신호를 생성시키는 신호생성수단(1812)과, 이 신호생성수단(1812)으로부터 각각의 진동수단(1811)에 신호를 배분시키는 제 1보조계산수단으로서 제공하는 신호배분수단(1813)과, 진동수단(1811)으로부터 제진테이블(1801)에 부여된 제어력을 측정하는 부하센서(1814)와, 진동센서(1803)의 출력으로부터 소정의 신호를 추출하는 제 2보조계산수단으로서 제공하는 신호추출수단(1815)과, 신호생성수단(1812)과 신호생성수단(1812)로부터 출력시계열데이터를 수집하는 데이터수집수단(1816)과, 대상으로서 운동기구의 물리적파라미터와 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 유도하는 시스템동정수단(1817a)과, 이 수학적모델에 의거해서 운동기구를 구성하는 전기적인 요소와 기계적인 요소의 물리적 특성값을 유도하는 물리적파라미터 유도수단(1817b)으로 이루어져 있다.
도 18을 참조하면, 2개의 진동수단(1811)은 하나의 수평방향으로 배치되어있다. 그러나 3개이상의 수직방향의 진동수단과 3개이상의 수평방향의 진동수단, 즉, 전체 6개이상의 진동수단은 6개 자유도의 운동기구의 운동의 전체자유도의 진동을 독립적으로 여기시키기 위해 바람직하게 설치되어 있다.
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 전자기액츄에이터를 사용할 수 있다. 이 경우에, 구동명령입력과 액츄에이터에 의해 발생된 대응력 사이의 관계는 대상으로서 운동기구의 주요 동적인 특성이 행해지는 주파수영역에서 비례관계로서 거의 작성될 수 있어서 진동수단에 의해 발생된 힘은 대응 구동명렬입력으로부터 용이하게 평가될 수 있다. 그러므로, 이 경우에, 힘센서(1814)는 필요하지 않다. 본 실시예에서는 진동수단(1811)으로서 전자기액츄에이터를 사용한다고 가정하면, 다음의 명세서에서는 힘센서(1814)를 사용하지 않는다. 최근에 에어스프링으로 또는 에어스프링으로부터 공기의 공급/배출을 조절하기 위해 밸브를 사용해서 에어스프링의 내압을 제어하도록 설계뙨 공압액츄에이터와 선형모터 등의 전자기액츄에이터와의 조합이 행해졌다. 그러나 전자기액츄에이터는 이 장치에서 진동수단(1811)으로서 효과적으로 사용될 수 있다.
힘센서(1814)를 사용하면 데이터수집수단(1816)은 힘센서(1814)로부터의 출력신호와, 신호생성수단(1812)에 의해 생성된 신호대신에 진동수단(1811)을 위한 신호에 대응하는 신호로서 적절한 수학적 처리를 행한 신호의 시계열데이터를 수집해서 기록한다. 이 경우에 데이터수집수단(1816)은 힘센서(1814)로부터 출력신호의 산술처리에 의해서 추출되는, 액츄에이터로부터 운동기구에 부여된 회전모멘트와 병진추진력에 대응하는 신호를 수집해서 기록한다. 이와 달리, 데이터수집수단(1816)은 신호생성수단(1812)에 의해 생성된 신호대신에 신호배분수단(1813)등의 보조계산수단으로부터, 출력시계열데이터를 수집해서 출력한다. 대상으로서, 운동기구의 운동상태로 수집되고 기록되는 신호는 진동센서(1803)로부터의 출력신호의 시계열데이터이다.
본 실시예에 있어서, 신호배분수단(1813)과 진동수단(1811)은 제진테이블(1801)을 위한 진동요소로서 공동으로 여겨지고, 신호생성수단(1812)에 의해 생성된 신호는 대상운동기구에 입력되고, 출력신호는 데이터수집수단(1816)내에 수집된다. 6개 자유도의 운동기구의 물리적파라미터는 도 21에 도시된 공정에 따라서 동정된다. 이하 이 공정을 설명한다.
<스텝 70에서의 처리>
스텝 70에서, 대상으로서 6개 자유도의 운동기구를 위한 운동방정식은 상태방정식을 유도하기 위해 형성되어 있다. 6개 자유도의 운동기구를 위한 운동방정식은 아래와 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 일정계수매트릭스이고, X는 병진 및 회전변위를 표시하는 인자이고, F는 구동원으로서 작용하는 힘과 모멘트를 표시하는 벡터이다.
M, Cd, K매트릭스는 다음의 형태(2a)로 표시된다.
추가로, 각각의 매트릭스요소는 방정식(2b)에 따라서 얻어질 수 있다.
방정식(2)에 있어서, x, y, z, θx, θy, θz은 제진테이블(1801)의 병진 및 회전변위이고, xi, yi, zi(i=1,2,3,4)는 능동제진장치(1802a),(1802b),(1802c), (1802d)의 지지수단이 제진테이블(1801)을 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 제진테이블(1801)의 질량이고, Ixx, Iyy, Izz, Ixy, Ixz, Iyz은 제진테이블(1801)의 관성곱/관성모멘트이고, Fx, Fy, Fz은 X, Y, Z방향에서 제진테이블(1801)의 중력중심에 각각 작용하는 병진추진력이고, Mx, My, Mz은 X축, Y축, Z축 둘레에 각각 작용하는 모멘트이다. 장치의 중력중심 G를 모르면, 가상의 중력중심 G'은 원점으로서 사용되는 것으로 규정될 수 있다. 본 실시예는 장치의 중력중심 G를 안다는 가정하에서 설명한다. 미지의 장치의 중력중심 G를 측정하는 방법은 제 7실시예에 설명한 것이다.
통상 4개의 능동제진장치(1802a),(1802b),(1802c),(1802d)가 동일한 구조와 특성을 가지면, X, Y, Z방향의 스프링상수 kxi, kyi, kzi와 점성댐핑계수 cxi, cyi, czi는 각각의 방향의 이상적인 값 kx, ky, kz과 점성대핑계수 cx, cy, cz으로 된다. 제진테이블(1801)의 도 18 및 도 20에 도시된 바와 같이 4개의 능동제진장치에 의해서 댐핑지지되면, 가변성분의 수는 능동제진장치에 대응해서 4개(i=1,2,3,4)이다. 예를 들면 제진테이블(1801)이 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, 추진력이고, 출력은 X, Y, Z방향의 속도, 가속도, 각속도, 각가속도이다.
에 대해서
스텝 70의 처리를 상기와 같이 설명하였다. 스텝 70의 처리는 아래의 처리 및 동작 이전에 행한다. 방정식(1) 및 (2)의 결과정보는 미리 동정계산수단(1817)의 물리적파라미터 유도수단(1817b)에 로드된다.
<스텝 71에서의 처리>
시스템동정수단(1817a)은 측정데이터에 의거해서 대상으로서 운동기구의 입출력특성을 동정하다. 시스템동정이론의 분야에 있어서, 대상시스템의 특성을 동정하는 각종 방법이 제안되어 졌다. 적절한 알고리즘이 이들 방법에서 선택되어 시스템동정을 행한다.
방정식(1),(2)로부터 명백한 바와 같이, 동정대상으로서 6개 자유도의 운동기구와 같은 다수자유도의 운동기구는 다중입출력시스템이다. 이런 경우에 있어서, 서브스페이스동정방법이 효과적이고, 이 방법에서는 방정식(2)와 같이 상태방정식의 시스템매트릭스 A, B, C, D는 동정모델로서 설정되고, 이들 모델을 직접 동정할 수 있다. 서브스페이스동정방법을 사용해서 운동기구의 시스템매트릭스A, B, C, D를 얻는 방법은 이하에 설명한다. 서브스페이스동정방법은 동정모델로서, 상태공간모델의 시스템매트릭스 A, B, C, D를 설정하는 방법이다. 이 방법은 다중 입출력시스템의 효과적인 동정을 위해서 필수적으로 맞추어져 있다.
이 스텝에서, 진동수단(1811)을 사용하는 운동기구로의 진동입력명령과 대상운동기구의 가속도 및 각가속도에 의거한 검출출력신호사이의 입출력관계는방정식(4)로 표시되는 바와 같이 동정된다.
본 실시예에 있어서, 선형모터 등의 전자기액츄에이터는 진동수단(1811)으로서 사용될 수 있다. 선형모터 등의 전자기액츄에이터로의 구동명령입력과, 액츄에이터에 의해 발생된 대응력사이의 관계는 이 타입의 운동기구의 주요 동적인 특성을 행하는 주파수영역의 비례관계로서 대부분 작성될 수 있다. 그러므로, 방정식(4)는 병진추진과 회전모멘트가 진동수단(1811)을 사용해서 6개 자유도의 운동기구에 입력되는 경우와 동등한 것으로 여겨진다.
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 그위에 장착된 진동센서(1803)의 기하학적 배열과 검출방향에 의거해서 각각의 진동센서(1803)로부터의 출력신호에 대한 실시간 산출처리를 행함으로써 유도된다. 각각의 진동수단(1811)은 이 진동수단의 기하학적 배열과 작용방향을 고려해서 유도되는 수학적인 표현에 따라서, X, Y, Z방향의 추진력명령과 θx, θy, θz방향의 모멘트명령에 의거해서 구동되다. 모든 산출처리는 원점으로서, 장치의 중력중심 G를 가진 좌표계에 의거해서 행해진다. 장치의 중력중심G가 알려져 있지 않으면, 가상의 중력중심 G'이 원점으로서 사용된다.
도 22는 방정식(3)으로 표현된 입출력관계를 동정하는 장치의 상세한 구성을 도시한다.
6개 자유도의 운동기구를 진동하기 위해 사용되는 X, Y, Z방향의 추진력명령과, θx, θy, θz방향의 모멘트명령은 신호발생수단(1812)으로부터의 출력이다. 이들 명령은 각각의 진동수단(1811) 및 전류모드증폭기(2232)에 추진력/모멘트명령을 계산/배분하는 입력쪽 모드계산회로(2231)로 구성된 신호배분수단(1813)을 개재해서 각각의 진동수단(18111)에 부여된다. X, Y, Z방향의 추진력명령 및 θx, θy, θz방향의 모멘트명령으로서, 상관되지 않은 M-시퀀스신호 등의 의사무작위신호를 바람직하게 사용한다. M-시퀀스신호는 동정대상으로서 운동기구의 다수 주파수성분을 여기시킬 수 있는 화이트2진신호이다.
진동센서(1803)으로부터의 출력신호는 출력쪽 모드계산회로(2233)로 구성된 신호추출수단(1815)에 의해서 X, Y, Z방향의 가속도와 θx, θy, θz방향의 각가속도로 변환된다. 이 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, uy, uz방향의 모멘트명령 uθz, X, Y방향의 가속도출력신호 Ax, Ay, θz방향의 각가속도출력신호 Aθz의 파형을 표시한다.
데이터수집수단(1816)내에 로드된 입출력데이터는 시스템동정수단(1817a)의 동정계산처리를 위해 행해진다. 서브스페이스동정방법은 동정계산에 부여된다. 이 처리에서는 "MATLAB"등의 형식화된 상용의 가용수치계산소프트웨어를 사용할 수 있다. 이 경우에는, 데시메이션(decimation)등의 적절한 전처리를 미리 입출력데이터에 대해서 바람직하게 행한다. 상기 처리에 의해서, 방정식(3)의 입출력특성을 표시하는 시스템매트릭스 A, B, C, D를 유도한다.
이 경우에서는, 입력으로서 간주되는 X, Y, Z방향의 운동기구에 대한 추진력 및 모멘트명령과 출력으로서 간주되는 X, Y, Z방향의 운동기구를 위한 각가속도출력신호에 의해서 입출력 특성을 동정시킨다.
이 경우에 유도되는 물리적파라미터는 입력으로서 운동기구에 작용하는 추진력 및 모멘트와, 출력으로서 X, Y, Z방향의 운동기구에 작용하는 가속도 및 각가속도에 의해서 입출력특성에 의거한다. 이 스텝에 있어서, 시스템매트릭스는 추진 및 모멘트명령에 의거해서 운동기구에 작용하는 가속도 및 각가속도의 검출게인과 추진력 및 모멘트의 게인을 고려해서 필요에 따라 보정된다.
다수의 경우에 있어서, 실제의 운동기구는 본 실시예의 능동제진장치와 같은 동일한 방식으로 가끔 제어된다. 제어가 행해지지 않는 상태에서 대상의 특성이 동정될 수 없으면, 제어시스템 폐쇄루프의 특성이 제어루프내에서 제어계산장치의특성을 고려해서 개방루프의 특성으로 전환되는 폐쇄루프동정방법을 사용한다. 명확하게, 제어루프가 이 동정처리에 대해서 개방될 수 있으면 제어동작에 집적영향이 없는 개방루프의 특성을 직접 동정할 수 있다.
<스텝 72에서의 처리>
시스템매트릭스 A, B, C, C가 상기 방식으로 동정되지만, 이 형태의 시스템인식은 소정의 시간간격에서 실제시스템의 물리량을 샘플링함으로써 얻어진 시계열데이터에 의거한 별개의 시간시스템을 목표로한다. 한편, 운동기구의 특성은 대상운동기구의 동적인 특성에 의거한 운동방정식과 같은 연속시간시스템에 의해서 처리된다.
동정에 의해 얻어진 별개의 시간시스템의 시스템매트릭스 A, B, C, D는 연속시간시스템의 시스템매트릭스 A, B, C, D로 변환된다. 또한, 각종 알고리즘은 이 벌개의 시간시스템에서부터 연속적인 시간시스템으로의 변환을 위해 제안되었다. 이 산출처리는 시스템동정수단(1817a)에 의해 행해진다.
<스텝 73에서의 처리>
이어서, 물리적파라미터는 이제까지 얻어진 방정식과 데이터에 의거해서 동정된다. 다음의 산출처리는 물리적파라미터 유도수단(1817b)에 의해 행해진다.
우선, 시스템매트릭스 D를 고려해서, 제진테이블(1801)의 질량 M과 관성모멘트와 관성곱 Ixx, Iyy, Izz, Ixy, Ixz, Iyz를 유도한다. 이들 파라미터는 이 스텝을 실행하지 않고서 단지 아래에 언급한 스텝에서 처리함으로써 동정될 수 있다. 하지만, 다수의 미지의 물리적파라미터가 있으면, 적절한 동정은 단지 아래에 언급된장치와 방법에 의해서, 행해질 수 없다. 추가로, 대수학의 계산의 로드가 감소되어 미지의 파라미터의 수가 감소될 수 있다. 이들 이유 때문에, 이 스텝을 효과적으로 실행하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 이들 물리적 파라미터를 알면, 이 설계스테이지에서의 특성값의 변화의 가능성이 없으므로 이 스텝을 생략할 수 있다.
이 스텝의 동작은 다음에 설명한다.
방정식(1),(2)에서 명백한 바와 같이, 상기 동정된 운동기구의 입출력특성이 입력으로서 운동기구에 작용하는 추진력 및 모멘트와, 출력으로서 운동기구에 작용하는 가속도 및 각가속도에 의거하면, 시스템매트릭스 D는 제진테이블(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱에 의해서 주어진다. 상태방정식에 의거한 시스템특성의 표현은 상태량으로서 취해진 파라미터에 따라서 시스템매트릭스 A, B, C가 변경하는 점을 특징으로 한다. 시스템매트릭스 D는 대상으로서 운동기구로 또는 운동기구로부터 입출력의 전달특성을 직접 규정하는 항이다. 즉, 시스템매트릭스 D는 입력 및 출력 물리량 사이의 관계를 직접 언급하는 항이고, 상태량이 결정되는 방식에 관계없이 단독으로 결정된다.
제진테이블(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱은 방정식(1),(2)에 의거한 시스템매트릭스 D에 의해 서브스페이스동정방법 등을 사용해서 동정된 시스템매트릭스 D를 비교함으로써 동정될 수 있다.
<스텝 74 및 75에서의 처리>
최종적으로, 물리적파라미터를 동정한다. 제진테이블(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱과 관련된 물리적 특성값은 상기 스텝에서 유도된다고 가정한다. 나머지 파라미터의 동정, 즉 능동제진장치(1802)를 구성하는 지지수단의 스프링상수 및 점성댐핑계수를 설명한다. 알려지지 않은 나머지의 파라미터는 X, Y, Z축 방향에서 스프링상수 kx, ky, kz와 점성댐핑계수 cx, cy, cz이다.
본 발명에 따르면, 대상으로서 운동기구에 대한 특성다항식은 상태량이 상태방정식에서 어떻게 규정되는지에 관계없이 동일하게 남는다. 즉, 물리적파라미터는 스텝 71, 72의 실제시스템의 동정결과로서 얻어진 시스템매트릭스에 의거한 특성다항식이 방정식(2)에서, 작성된 시스템매트릭스에 의거한 것과 동일하다고 여기면서 동정된다.
방정식(2)에서 작성된 시스템매트릭스 A, B, C에 의거한 상태량이 스텝 71, 72의 시스템동정수단(1817a)에 의해 유도된 시스템매트릭스 A, B, C에 의거한 것과 반드시 일치하지 않기 때문에, 이들 시스템매트릭스는 서로 반드시 일치하지 않는다. 이것은 스텝 71에서 실행된 시스템동정방법이 상태방정식에서 상태량의 임의의 선택을 허용하지 않기 때문이다. 그러나, 대상시스템이 변경되지 않고 남아있으면, 이 시스템에 유일한 특성, 고유값 특성다항식은 동일하게 남는다. 그러므로, 스텝 71, 72의 실제 시스템의 동정결과로서 얻어진 시스템매트릭스는 방정식(2)에서 작성된 시스템매트릭스와 동일한 특성다항식을 가진다. 본 발명에 있어서, 물리적파라미터는 이 점을 고려해서 동정된다.
이 처리는 스텝 71, 72에서 동정된 시스템정도가 운동기구에 대한 운동방정식에 의해서 작성된 모델의 시스템정도와 일치한다는 전제에 의거한다는 것에 주목해야 한다. 예를 들면, 6개 자유도의 운동기구에 있어서, 방정식(1) 내지 (26)에서 명백한 바와 같이, 12번째 등급의 시스템 즉, 시스템매트릭스 A의 12개 고유값이 있다. 그러므로, 동정처리는 스템 71, 72에서의 각각의 시스템매트릭스 A, B, C, D도 12번째 등급의 모델이라고 미리 가정해서 실행한다.
이하, 물리적파라미터를 동정하는 공정을 구체적으로 설명한다.
우선, 이 시스템의 특성다항식은 운동방정식 등(스텝 74a 참조)에 의거해서 공식화된 방정식(3)의 상태방정식에 의거해서 얻어진다. 본 실시예에서 대상으로서 운동기구가 12번째 등급의 시스템이기 때문에 아래의 특성다항식을 얻는다.
s12+a11s11+a10s10+…+a2s2+a1s+a0…(5)
여기서 s는 라플라시안 연산부호이고, I는 시스템매트릭스 A와 동일한 등급의 동정매트릭스이고, 수학적 표현(5)는 수학적 표현(6)으로 간략화시킬 수 있다.
det(sI-A) …(6)
이 경우에 운동방정식에 의거한 방정식(2)의 매트릭스는 미지의 물리적파라미터를 포함한 대수학 매트릭스로 작성된다. 그러므로, s의 계수 s11…a0는 미지의 물리적파라미터의 대수학적인 표현으로서 주어진다.
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 시스템매트릭스가 수치의 매트릭스로 되기 때문에, 모든 계수 a'11…a'0는 수치의 값(함수를 포함하지 않은 일정계수)으로 된다.
결국, 미지의 물리적파라미터는 수학적인 표현(5),(7)의 특성다항식의 계수를 비교해서 얻어진다. 즉, 미지의 물리적파라미터는 a11과 a'11가 서로 동일하고, a10과 a'10…a0와 a'0가 서로 동일하다는 조건에 의거해서 유도된다.
계수사이의 비교에 의거한 물리적파라미터의 평가는 미지의 물리적파라미터의 수가 비교되는 계수의 수와 동일할 때, 즉 조건방정식이 동일할 때, 동시에 방정식을 푸는 방법에 의해서 용이하게 실행될 수 있다.
본 실시예와 마찬가지로, 미지의 물리적파라미터의 수가 조건방정식보다 작거나 모델화되지 않은 부분의 특성의 영향이 적지 않으면, 미지의 물리적파라미터는 최적화방법을 사용해서 인식된다. 미지의 물리적파라미터는 방정식(8)의 실행함수가 수학적 표현(5),(7)의 특성다항식의 계수사이의 차이를 최소화하도록 설정하는 방식으로 스위피스트 디센트법(sweepest descent method)에 의해서 유도되고, 산술처리는 최소화하기 위해 실행된다.
…(8)
이 실행함수는 미지의 파라미터ξj(j=1,2,…6)의 함수로서 작성된다. 이 경우에, ξj는 미지의 물리적파라미터 kx, ky, kz, cx, cy, cz를 표현한다.
적절한 초기값은 미지의 물리적파라미터 ξj에 대해서 설정되어 있고, 아래의 방정식(9)은 반복적으로 풀려짐으로써, 실행 함수 J가 최소화되는 물리적 파라미터 ξj의 수치값을 얻는다.
여기서 σ는 적절한 양수이다.
상기 공정과 구성에 의해서 6개 자유도의 운동기구의 물리적파라미터는 동정될 수 있다.
대상으로서, 운동기구의 댐핑특성값이 충분히 작으면, 동정산출처리는 능동제지장치(1802)의 점성댐핑계수를 0으로 설정할 때, 동정처리를 행함으로써, 더욱 단순화될 수 있다. 이 경우에, 방정식(2),(3)은 더욱 단순화되고, 수학적표현(5),(7)의 항은 s의 짝수제곱의 항을 제외하고 0으로 된다. 특히 통상 제진지지수단으로 에어스프링을 사용하는 제진장치는 기계부품에 의거한 작은, 수동적인 댐핑특성값을 가진 장치로서 알려져 있다. 이런 경우에, 1쌍의 물리적파라미터의 동정은 상당히 용이해진다. 대상이 에어스프링을 사용하는 형태의 능동제진장치라고 가정하면, 그 특성은 제어루프에 의해서 조절되고, 댐핑특성은 장치에 제공된다. 이 경우에도, 개방루프특성, 즉 수동상태의 특성은 폐쇄루프동정방법을 효과적으로 사용해서 용이하게 동정될 수 있다. 그러므로, 구성요소의 기구특성은 수동댐핑계수가 충분히 작다는 전제에서 상대적으로 용이하게 실행될 수 있다.
[제 7실시예]
제 6실시예는 장치의 중력중심을 안다는 가정하에서 설명하였다. 중력중심 G를 모를 때 장치의 실제의 중력중심 G를 측정하는 방법을 아래에 설명한다.
우선, 장치의 중력중심을 가상의 중력중심 G'으로서 가정한다. 도 24에 도시된 바와 같이, X, Y, Z방향에서 가상의 중력중심 G'과 실제의 중력중심 G사이의 차이는 Lx, Ly, Lz로 각각 표현된다. 이 경우에, 장치의 실제의 중력중심 G가 가상의 중력중심 G'에 대해서, X, Y, Z방향에서 양의 방향에 위치되어 있으면, Lx, Ly, Lz의 극성은 양으로 규정된다. 실제의 중력중심 G가 음의 방향에 위치되어 있으면, 극성은 음으로 규정된다.
다음에, 방정식(3)은 가상의 중력중심 G'과 실제의 중력중심 G사이의 차이정보를 합체함으로써 재작성된다.
Fxo, Fyo, Fzo, Mxo, Myo, Mzo는 X, Y, Z방향에서 가상의 중력중심 G'에 작용하는 병진추진력과, θx, θy, θz둘레의 회전모멘트이고, Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz은 X, Y, Z방향에서 실제의 중력중심 G에 작용하는 병진추진력과 θx, θy, θz둘레의 회전모멘트이고, 이들 값사이의 관계를 다음에 표시한다.
는 X, Y, Z방향에서 가상의 중력중심 G'에 작용하는 병진가속도출력과, θx, θy, θz에 대한 회전각 가속도출력이고,는 X, Y, Z방항에서 실제의 중력중심 G에 작용하는 병진가속도출력과 실제의 중력중심 G에 대한 회전각가속도출력이고, 이들 값사이의 관계를 다음에 표시한다.
상태방정식(2)이 상태방정식에 이들 관계를, 부여하고, 입력으로서 가상의 중력중심 G'에 작용하는 병진추진력과 회전모멘트를 시스템에 설정하고, 출력으로서 가상의 중력중심 G'에 회전각가속도와 가상의 중력중심 G'에 병진가속도를 설정하면, 시스템매트릭스 A, B, C, D는 다음과 같이 표현된다.
에 대해서
그러므로, 시스템매트릭스 D가 원점으로서, 가상의 중력중심 G'을 가진 좌표계에 대해서 제 6실시예의 스텝 71, 72에서 처리를 행해서 얻어지고, 이 요소를 방정식(11)의 시스템매트릭스와 비교하면, 가상의 중력중심 G'과 실제의 중력중심 G사이의 거리 Lx, Ly, Lz를 제진테이블(1801)의 질량, 관성모멘트, 관성곱과 함께 측정할 수 있다. 이 처리는 도 21의 스텝 73에서 바람직하게 실행된다. 스프링상수와 점성댐핑계수 등의 물리적파라미터는 방정식(2),(3)에서 얻어진 중력중심정보를 반영하고, 제 6실시예에 언급된 공정을 처리함으로써 더욱 정확하게 동정될 수 있다.
[제 8실시예]
관성에 관련된 것을 제외하고서 운동기구를 구성하는 요소의 가변 물리적파라미터의 전체수가 시스템의 단계와 동일하거나 작으면, 모든 요소의 물리적 파라미터의 변이를 알 수 있고, 이 장치의 구성요소의 특성에서의 변이에 따른 장치의 비정상을 제 6 및 제 7실시예에 언급된 기술에 의해서 진단해서 검출할 수 있다.
초과시간의 운동기구를 구성하는 기계적이고 전기적인 요소의 물리적특성값에서의 변화는 모니터되어 기구의 상태를 자가진단함으로써 비정상을 검출한다. 전체시스템을 자가진단할 수 있고, 비정상의 검출은 X-Y스테이지나 능동제진장치 등의 큰 장치에 합체된 운동기구의 특성과 운동기구를 구성하는 기계적이고 전기적인 요소의 특성을 동정함으로써 행해질 수 있다. 초과시간의 동적인 특성의 변화를 모니터하기 위해 물리적파라미터를 동정하는 장치를 합체하고, 장치를 위한 제어법칙의 변화를 반영하는 노광장치는 본 발명의 요지내에 포함된다. 예를 들면, 도 25에 개략적으로 표시된 6개 자유도의 운동기구를 들 수 있다.
이 6개 자유도의 운동기구는 단지 수직 또는 수평방향에서 스프링과 댐핑요소를 가진 능동제진장치(1802a), (1802b), (1802c)와 이들 3개의 능동 제진장치에 의해 지지된 제진테이블(1801)로 이루어져 있다. 이 운동기구에 있어서, 수평스프링과 댐핑요소는 정점으로서 제진테이블의 3개 지지점에 의해 규정된 삼각형의 각 변에 평행하게 배열되어 있다.
미지의 물리적파라미터로서 수직 및 수평방향에서의 각 지지유닛의 스프링상수는 각각 kv1, kv2, kv3, kh1, kh2, kh3로 표시되고, 수직 및 수평방향에서의 점성댐핑계수는 각각 cv1, cv2, cv3, ch1, ch2, ch3로 표시된다. 이 경우에, 6개 자유도의 운동기구의 시스템단계는 12이고, 12개의 미지의 파라미터가 존재한다. 이들 물리적파라미터는 제 6 및 제 7실시예에 언급된 바와 같은 동일한 기술에 의해서 동정될 수 있다. 제진테이블(1801)의 질량과 관성모멘트는 시스템매트릭스D를 고려해서 동정될 수 있다.
제 6실시예에서는 수직방향의 제진장치지지유닛의 모든 스프링상수는 동일한 값으로 설정된다. 이와 비교해서, 제 8실시예는 이들 모든 스프링상수가 다른 값을 취할 수 있다는 전제에 의거하고 있다. 이 기술에 따르면, 초과시간의 장치를 구성하는 요소의 각 동일한 타입의 특성의 변화는 모니터될 수 있고, 장치의 비정상도 진단해서 검출할 수 있다.
이 기술이 대상의 관성, 스프링상수, 댐핑계수와 관련된 물리적 특성값의 동정에 한정되지 않는다는 것에 주목해야 한다. 예를 들면, 미지의 파라미터가 액츄에이터의 추진력상수 및 진동센서의 특성파라미터이면, 이 기술은 이들 구성부품의 비정상을 검출하는 방법으로서 사용될 수 있다.
[제 9실시예]
제 6 및 제 7 실시예의 설명에 있어서, 대상으로서 운동기구를 위한 특성다항식에 따르면, 시스템매트릭스 A, B, C, D는 시스템동정이론에 의거한 기술에 의해서 동정된다. 하지만, 특성다항식은 사인제진동작에 의해 얻어진 대상운동기구의 주파수특성에 대해서 곡선적용, 제로극분석 등을 행해서 얻어진 시스템의 극성과 고유값에 의거해서 공식화될 수 있다.
이 경우에, 입출력게인과 위상관계에 관련된 주파수응답특성은 입력으로서 운동기구상에 진동수단(1811)의 동작을 제공할 때 데이터수집수단(1816)상에 기록된 시계열데이터와 출력으로서 입력서버에 반응한 운동기구의 운동상태에 의거해서 유도된다.
대상운동기구의 고유값은 주파수특성에 대해서 곡선적용, 제로극분석등을 행해서 유도된다. 대상운동기구의 고유값이 P1, P2…P12로 각각 표시될 때 특성다항식은 아래와 같이 표시된다.
(s-P1)(s-P2)…(s-P12) …(13)
제 6실시예에 개시된 처리가 이 방식으로 얻어진 특성다항식을 사용해서 행해지면, 물리적파라미터를 동정할 수 있다.
본 발명의 제 6 내지 제 9실시예에 따르면, 운동기구의 실행특성을 지배하는 특성다항식을 고려해서 운동기구를 구성하는 기계적이고 전기적인 요소의 특성을 표시하는 물리적파라미터를 가진 다수 자유도의 운동기구의 입출력특성을 결합하는 장치와 방법이 제공되고 개시됨으로써, 그러한 동작을 행하기 어려운 종래기술과 다르게 다수 자유도의 운동기구의 구성요소의 물리적파라미터를 체계적이고 효과적으로 유도할 수 있다. 이들 장치와 방법에 의해서, 숙련된 조작자가 가지는 지식과 경험에 크게 좌우되는 시행착오에 의해서 행해진 이런 형태의 조작은 소망의 정밀도로 단시간내에 효과적으로 행해질 수 있다. 이로 인하여 장치의 특성의 신속하고 정확한 이해를 허용하고 기계시스템의 설계와 재설계를 제어하기 위한 더욱정밀한 정보를 제공함으로써, 정밀설비의 운동기구의 특성에서 개선에 큰 공헌을 할 수 있다.
본 발명의 장치와 방법에 따라 대상의 기계적모델이 구체화되면, 장치의 각 구성요소의 특성은 상대적으로 단시간내에 동정될 수 있다. 이로 인하여 장치의 동작효율과 생산성을 저하시키지 않고서 반도체노광장치와 같은 산업설비에 대한 비정상 및 자가진단을 허용한다. 그러므로, 진단과 보수는 장치의 동작시의 초과시간을 발생시키는 운동기구의 특성의 변화를 예측함으로써 적절한 시기에 주기적으로 행해질 수 있다. 시계열방식의 특성변화를 모니터링하고 제어법칙의 대응정보를 반영함으로써 장치의 실행을 능동적으로 유지할 수 있다.
(디바이스제조방법의 실시예)
다음에, 상기 노광장치를 사용하는 디바이스제조방법의 실시예를 설명한다.
도 10은 마이크로디바이스(IC, LSI 등의 반도체칩, 액정패널, CCD, 박막자기헤드, 마이크로머신 등)를 제조하는 공정을 도시하는 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 도시하는 흐름도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극형성)에서는 증기퇴적에 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 스택된다.
본 발명의 장치와 방법에 따라 대상의 기계적모델이 구체화되면, 장치의 각 구성요소의 특성은 상대적으로 단시간내에 동정될 수 있다. 이로 인하여 장치의 동작효율과 생산성을 저하시키지 않고서 반도체노광장치와 같은 산업설비에 대한 비정상 및 자가진단을 허용한다. 그러므로, 진단과 보수는 장치의 동작시의 초과시간을 발생시키는 운동기구의 특성의 변화를 예측함으로써 적절한 시기에 주기적으로 행해질 수 있다. 시계열방식의 특성변화를 모니터링하고 제어법칙의 대응정보를 반영함으로써 장치의 실행을 능동적으로 유지할 수 있다.
또한, 제 9실시예의 제조방법을 사용함으로써 종래의 기술에서 제조하기 어려웠던 고집적디바이스를 저가로 제조할 수 있다.
제 1내지 제 9실시예와 디바이스제조방법의 실시예에 있어서, 본 발명의 시스템동정기능은 주로 반도체노광장치에 적용된다. 그러나, 또한 본 발명은, 반도체노광장치이외의 반도체제조장치와, 예를 들면 반도체디바이스이외의 액정디바이스를 제조하기 위해 사용된 노광장치에 적용될 수 있다.
상기 명세서에 있어서, 가장 일반적인 M-시퀀스신호는 의사무작위신호로서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 형태의 의사무작위신호를 사용할 수도 있다. 특히, 운동의 자유도의 유닛에서 각 액츄에이터에 독립적으로 부여된 의사무작위신호로서 하나의 형태의 의사무작위신호가 충분하며, M-시퀀스신호를 항상 사용할 필요는 없다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되어 있지 않고, 각종 변형과 변경은, 본 발명의 사상과 범위내에서 행해질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위를 대중에서 알리기 위해 다음의 청구범위를 작성하였다.

Claims (69)

  1. 의사무작위신호를 생성하고, 운동기구의 동작을 제어하기 위한 액츄에이터에 의사무작위신호를 인가하는 의사무작위신호생성수단(10)과;
    상기 운동기구의 동작상태를 계측하기 위한 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 수집하는 데이터기억수단(12)과;
    상기 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 예비필터링수단(13)과;
    상기 예비필터링수단에 의해 처리된 데이터로부터 수학적모델을 유도하는 시스템동정(同定)수단(14)과;
    상기 시스템동정수단에 의해 유도된 수학적모델을 사용하여 상기 운동기구의 특성값을 유도하는 특성추출/자가진단수단(15)을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은 제어용 상기 운동기구내에 구성된 복수의 액츄에이터와 1대 1로 대응하여 나타난 복수의 비상관의사무작위신호를 모든 액츄에이터에 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은, 제어용 상기 운동기구내에 구성된 각 액츄에이터에 하나의 의사무작위신호를 인가하기 위한 절환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 상관되지 않은 복수의 의사무작위신호를, 운동의 자유도에 따라서 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은 상기 운동기구의 동작의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 독립적으로 인가하기 위한 절환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 특성값은 주파수응답, 상기 운동기구의 물리적파라미터, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진, 위상마진 및 상기 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 제 1항 내지 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 전자기모터인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 1항 내지 7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는 상기 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지하기 위한 능동제진장치인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제 1항 내지 7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는 시스템동정을 행하기 위해 상기 노광장치위에 외부적으로 실장되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 제 1항 내지 9항중 어느 한 항에 있어서, 의사무작위신호는 M-시퀀스신호인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 의사무작위신호를 생성하고, 운동기구의 동작을 제어하기 위한 액츄에이터에 이 신호를 인가하는 의사무작위신호생성수단(10)과;
    상기 운동기구의 운동상태를 계측하기 위한 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 수집하는 데이터기억수단(12)과;
    상기 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 예비필터링수단(13)과;
    상기 예비필터링수단에 의해 처리된 데이터로부터 수학적모델을 유도하는 시스템동정(同定)수단(14)과;
    상기 시스템동정수단에 의해 유도된 수학적모델을 사용하여 상기 운동기구의 특성값을 유도하는 특성추출/자가진단수단(15)을 구비한 것을 특징으로 하는 제진장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은 제어용 상기 운동기구내에 구성된 복수의 액츄에이터와 1대 1로 대응하여 나타난 복수의 비상관 의사무작위신호를 모든 액츄에이터에 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 제진장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은, 제어용 상기 운동기구내에 구성된 각 액츄에이터에 하나의 의사무작위신호를 인가하기 위한 절환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제진장치.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은, 상기 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 상관되지 않은 복수의 의사무작위신호를, 운동의 자유도에 따라서 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 제진장치.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은 상기 운동기구의 운동의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 독립적으로 인가하기 위한 절환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 제진장치.
  16. 제 11항 내지 15항중 어느 한 항에 있어서, 특성값은 주파수응답, 상기 운동기구의 물리적파라미터, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진, 위상마진 및 상기 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 제진장치.
  17. 제 11항 내지 16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 저자기모터인 것을 특징으로 하는 제진장치.
  18. 제 11항 내지 17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는 상기 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지하는 것을 특징으로 하는 제진장치.
  19. 제 11항 내지 17항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는 시스템동정을 행하기 위해 상기 노광장치위에 외부적으로 실장된 것을 특징으로 하는 제진장치.
  20. 제 11항 내지 19항중 어느 한 항에 있어서, 의사무작위신호는 M-시퀀스신호인 것을 특징으로 하는 제진장치.
  21. 운동기구의 운동을 제어하기 위한 액츄에이터에 의사무작위신호를 인가하는 스텝(1202)과;
    상기 운동기구의 운동상태를 계측하기 위한 센서에 의해 얻어진 시계열데이터를 의사무작위신호의 시계열데이터와 함께 수집하여 데이터기억수단내에 기억시키는 스텝(12, 51, 52, 53, 1202)과;
    상기 데이터기억수단내에 기억된 시계열데이터를 필터링하는 스텝(13, 1202)과;
    필터링된 데이터를 사용하여 시스템을 동정하는 스텝(S71-S75)과;
    상기 시스템의 동정에 의해 계산된 수학적모델을 사용하여 상기 운동기구의 특성값을 유도하는 스텝(1817b, 1202)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  22. 제 21항에 있어서, 의사무작위신호로서, 상기 운동기구가 제어용으로 가지는 복수의 액츄에이터와 1대 1로 대응하여 나타난 복수의 비상관 의사무작위신호는 상기 모든 액츄에이터에 동시에 인가되는 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  23. 제 21항에 있어서, 의사무작위신호로서, 하나의 의사무작위신호가 제어용 상기 운동기구내에 구성된 각 액츄에이터에 절환수단을 통하여 독립적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  24. 제 21항에 있어서, 의사무작위신호로서, 상기 운동기구의 운동의 자유도의 수와 동일한 수이고 서로 상관되지 않은 복수의 의사무작위신호가 운동의 자유도에 따라서 동시에 인가되는 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  25. 제 21항에 있어서, 상기 의사무작위신호생성수단은 절환수단을 통하여 상기 운동기구의 동작의 자유도의 단위마다 하나의 의사무작위신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  26. 제 21항 내지 25항중 어느 한 항에 있어서, 특성값은 주파수응답, 상기 운동기구의 물리적파라미터, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진, 위상마진 및 상기 노광장치내에서 계측이 행해질 수 없는 부분의 물리적정보중 적어도 하나 또는 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  27. 제 21항 내지 26항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는 상기 노광장치의 본체구조를 댐핑/지지하기 위한 능동제진장치인 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  28. 제 21항 내지 26항중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동기구는 시스템동정을 행하기 위해 상기 노광장치위에 외부적으로 실장된 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  29. 제 21항 내지 26항중 어느 한 항에 있어서, 의사무작위신호는 M-시퀀스신호인 것을 특징으로 하는 시스템동정방법.
  30. 제 1항에 기재된 상기 노광장치를 제조하는 스텝(S4)과;
    상기 제조된 노광장치를 사용하여 디바이스를 제조하는 스텝(S16)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  31. 노광장치에 기준신호를 입력하는 수단(10)과;
    입력신호에 의거하여 상기 장치를 여자시키는 수단(9, 10)과;
    출력신호로서 상기 장치의 여자결과를 얻는 수단(51, 52, 53)과;
    기준신호 및 출력신호에 의거하여 상기 장치의 특성을 동정하는 수단(14)과;
    시간의 경과에 따른 동정특성을 획득하고 상기 장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단(15)을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 장치의 특성값이 자가진단에 대한 소정의 기준값을 초과하는 경우 비정상을 통지하는 수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 장치의 특성은 주파수응답, 공진주파수, 댐핑률, 게인마진 및 위상마진중 적어도 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  34. 제 31항에 있어서, 출력신호를 얻기 위한 상기 수단은 상기 장치의 여자된 좌표축방향과 동일한 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 노광장치.
  35. 제 32항에 있어서, 출력신호를 얻기 위한 상기 수단은 가속도센서, 위치센서 및 압력센서중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  36. 하나의 운동기구에 기준신호를 입력하는 수단(10)과;
    입력신호에 의거하여 상기 하나의 운동기구를 여자시키는 수단(9,10)과;
    상기 운동기구위에 실장된 다른 운동기구에 대한 상기 하나의 운동기구의 여자결과를 출력신호로서 얻는 수단(101, 102, 103)과;
    기준신호 및 출력신호에 의거하여 복수의 운동기구를 포함하는 상기 장치의 특성을 동정하는 수단(14)과;
    시간의 경과에 따른 동정특성을 획득하고, 상기 장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단(15)을 구비한 것을 특징으로 하는 제진장치.
  37. 제 36항에 있어서, 출력신호로서 상대여자결과를 얻는 상기 수단은 레이저간섭계인 것을 특징으로 하는 제진장치.
  38. 제 36항에 기재된 상기 제진장치를 사용하여 운동기구의 진동을 댐핑시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  39. 대상시스템의 특성을 동정하기 위해 상기 대상시스템에 인가될 기준으로서 입력신호를 생성하는 수단(10)과;
    입력신호와 이 입력신호에 대응하는 출력신호를 아날로그 또는 디지틀데이터로 변환하는 수단(1203, 1211)과;
    출력신호를 위한 취득조건을 설정하는 수단(1209)과;
    입력신호와 출력신호에 의거하여 상기 대상시스템의 특성을 동정하기 위한 계산을 행하는 수단(1205)과;
    설정된 취득조건에 의거한 동정계산결과를 표시하는 표시제어수단(1206)을 구비한 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  40. 제 39항에 있어서, 입력신호를 생성하는 상기 수단에 의해 생성된 입력신호는 화이트신호, 의사화이트 2진신호 또는 M-시퀀스(최대길이 선형이동레지스터 시퀀스)신호인 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  41. 제 39항에 있어서, 출력신호를 위한 취득조건을 설정하는 상기 수단은, 수신될 신호에 따라서 입력신호에 대한 상기 대상시스템의 응답을 계측하기 위한 복수의 신호취득수단으로부터 각 신호를 독립적으로 수신하도록 설정하고, 설정이 행해진 각각의 상기 신호취득수단의 검출감도를 독립적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  42. 제 39항에 있어서, 상기 표시제어수단은 주파수특성의 게인다이어그램과 위상다이어그램, 또는 동정결과에 의거한 제로차극 할당다이어그램중 어느 하나 또는 둘모두를 표시하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  43. 제 39항에 있어서, 상기 표시제어수단은 동정결과에 의거하여 표시수단위에상기 대상시스템의 특성을 물리적으로 작성하기 위한 차방정식 또는 미분방정식의 이산계수성분을 표시하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  44. 제 43항에 있어서, 이산계수성분은 상기 대상시스템의 질량성분, 강성을 규정하는 공진주파수 및 댐핑계수를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  45. 제 39항에 있어서, 복수의 반응신호를 수신하도록 설정된 경우, 상기 표시제어수단은 화면표시를 분할할 때에 상기 표시수단위에 각각의 수신신호에 의거한 동정결과를 표시하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  46. 제 39항에 있어서, 상기 대상시스템의 특성을 동정하기 위한 계산을 행하는 상기 수단은, 자유도 3의 병진방향과 자유도 3의 회전방향으로 동정계산을 행하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  47. 대상시스템의 특성을 동정하기 위해 상기 대상시스템에 인가될 기준으로서 입력신호를 생성하는 신호생성수단(10)과;
    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;
    입력신호 및 출력신호에 의거하여 상기 대상시스템의 특성을 모델링하는 동정계산수단(14)을 구비한 시스템동정장치에 있어서,
    상기 동정계산수단은 상기 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 의거하여 상기 대상시스템의 특성의 변화를 자가진단하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  48. 제 47항에 있어서, 상기 장치는 상기 신호생성수단에 의해 생성된 신호에 대해 선형좌표변환처리 또는 필터링을 행하는 제 1보조계산수단을 부가하여 구비하고, 처리에 의해 얻어진 신호는 상기 신호생성수단에 의해 생성된 신호와 상관관계를 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  49. 제 48항에 있어서, 상기 제 1보조계산수단은 상기 신호생성수단에 의해 생성되고 상기 대상시스템의 병진 및 회전운동모드에 대응하는 신호를 입력으로서 설정하고, 또한 복수의 구동수단에 대응하는 신호에 따라서 병진추진력과 회전모멘트를 발휘하는 구동명령을 출력으로서 설정하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  50. 제 47항 내지 49항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 대상시스템에 관해서 상기 구동수단의 구동력을 계측하기 위한 힘센서를 부가하여 구비하고,
    상기 데이터수집수단은 상기 힘센서로부터의 출력신호 또는 출력신호를 적절히 처리함으로써 얻어진 신호의 시계열데이터를, 상기 대상시스템에 대한 상기 구동수단을 위한 구동명령에 대응하는 신호로서 기억하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  51. 제 50항에 있어서, 상기 데이터수집수단은 상기 힘센서로부터의 출력신호에 대해 산술처리를 행함으로써 추출되고 상기 대상시스템에 대한 상기 구동수단으로부터 발휘된 병진추진력과 회저모멘트에 대응하는 신호의 시계열데이터를 기억하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  52. 제 47항 내지 51항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 대상시스템의 운동상태를 계측하기 위한 상기 센서로부터의 출력신호에 대해 적절한 산술처리를 행하는 제 2보조계산수단을 부가하여 구비하고, 상기 데이터수집수단은 상기 센서로부터의 출력신호를 대신하여 상기 제 2보조수단으로부터의 출력신호의 시계열데이터를 상기 대상시스템의 운동상태로서 기억하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  53. 제 52항에 있어서, 상기 제 2보조계산수단은 복수의 센서로부터의 출력신호를 입력으로서 설정하고, 상기 대상시스템의 병진 및 회전의 각 운동모드에 대응하는 신호를 추출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  54. 제 47항 내지 53항중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호생성수단은 의사무작위신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  55. 제 47항 내지 53항중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호생성수단은 복수의 비상관 의사무작위신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  56. 제 54항에 있어서, 의사무작위신호는 M-시퀀스신호인 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  57. 제 55항에 있어서, 의사무작위신호는 M-시퀀스신호인 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  58. 제 47항 내지 57항중 어느 한 항에 있어서, 상기 동정계산수단은, 입력으로서 설정된 상기 대상시스템에 대한 상기 구동수단으로부터의 구동명령과, 출력으로서 설정된 상기 대상시스템의 운동상태에 의해, 상기 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 서브스페이스동정방법을 적용함으로써 상기 대상시스템의 입력/출력특성을 나타내는 모델을 유도하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  59. 제 47항 내지 58항중 어느 한 항에 있어서, 상기 동정계산수단에 의해 유도된 모델은, 유도될 미지의 물리적 특성값을 포함하는 상기 대상시스템의 운동방정식으로부터 유도된 상태방정식과 동일한 정도인 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  60. 제 47항 내지 59항중 어느 한 항에 있어서, 상기 동정계산수단은, 유도될 미지의 물리적 특성값을 포함하는 상기 대상시스템의 상태방정식에 의거하여 형성된 특성다항식을, 상기 대상시스템의 입력/출력특성에 의거한 수학적모델로부터 유도된 상기 대상시스템의 특성다항식과 비교하고, 대응하는 계수사이의 비교로부터 미지의 계수를 결정하고, 미지의 물리적 특성값을 유도하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  61. 제 60항에 있어서, 특성다항식의 계수사이의 비교에 의해 결정된 미지의 물리적 특성값은 특성다항식의 대응하는 계수의 제곱의 합을 최소화하는 계수값을 조사함으로써 유도되는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  62. 제 47항에 있어서, 상기 신호생성수단은 사인스윕신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  63. 제 47항에 있어서, 상기 동정계산수단에 의해 유도되는 상기 대상시스템의 특성을 나타내는 모델은, 특성루트로서 입력/출력동작의 주파수응답으로부터 얻어지는 상기 대상시스템의 고유값을 사용하여 특성다항식으로서 유도되는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  64. 제 47항에 있어서, 상기 동정계산수단은 미지의 물리적 특성값으로서 질량, 관성모멘트 및 상기 대상시스템의 관성의 곱을 포함하는 물리적 특성값을 유도하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  65. 제 47항에 있어서, 상기 동정계산수단은, 상기 대상시스템의 이동가능부분의 중력중심으로서 가상적으로 설정된 중력중심과 실제의 중력중심사이의 차리를 미지의 파라미터로서 포함하는 상기 대상시스템의 상태방정식에 의거하여 형성된 특성다항식을, 상기 대상시스템의 이동가능부분의 중력중심을 특정하기 위해, 상기 대상시스템의 입력/출력특성에 의거한 수학적모델로부터 유도된 특성다항식과 비교하고, 대응하는 계수사이를 비교하여 미지의 계수를 결정함으로써 실제의 중력중심을 특정하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  66. 제 47항에 있어서, 상기 동정계산수단은, 상기 데이터수집수단내에 기억된 시계열데이터에 의거하여 상기 대상시스템의 특성의 변화를 자가진단하고, 자가진단된 특성변화가 성능을 유지하기 위해 욕구되는 허용값을 초과하는 경우 비정상을 통지하는 것을 특징으로 하는 시스템동정장치.
  67. 제 47항에 기재된 상기 시스템동정장치를 사용하여 시계열방식으로 노광장치의 특성의 변화를 자가진단하는 수단(10,14)과;
    자기진단결과에 의거하여 노광성능을 유지하기 위해 요구되는 제어법칙을 생성하는 수단(5,6)을 구비한 노광장치로서,
    시간의 경과에 따른 상기 노광장치의 기계적 및 전기적 구성요소의 특성의 변화에 대해 보상함으로써 성능이 유지되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  68. 대상시스템의 특성을 동정하기 위해 상기 대상시스템에 인가될 기준입력신호를 생성하는 스텝(10, 1202)과;
    입력신호와 이 입력신호에 대응하는 출력신호를 아날로그 또는 디지틀데이터로 변환하는 스텝(1202, 1203)과;
    출력신호를 위한 취득조건을 설정하는 스텝(1202, 1209)과;
    입력신호 및 출력신호에 의거하여 상기 대상시스템의 특성을 동정하기 위한 계산을 행하는 스텝(1202, 1205)과;
    설정된 취득조건에 의거하여 동정계산의 결과를 표시하는 표시제어스텝(1202, 1206, 1423)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시스템의 다이나믹특성동정방법.
  69. 대상시스템의 특성을 동정하기 위해 대상시스템에 인가될 기준입력신호를 생성하는 신호생성스텝(10, 1202)과;
    입력신호를 배분함으로써 상기 대상시스템을 구동하는 구동스텝(9, 11, 1202)과;
    상기 대상시스템의 운동상태를 계측하는 계측스텝(51, 52, 53, 101, 102, 103, 1211)과;
    신호생성스텝에서 생성된 신호와 계측스텝에서 계측결과로서의 출력신호를 시계열데이터로서 기억하는 데이터수집스텝(12, 1202)과;
    입력 및 출력신호에 의거하여 상기 대상시스템의 특성을 모델링하는 동정계산스텝(14, 1202)으로 이루어진 시스템의 다이나믹특성동정방법으로서,
    동정계산스텝에서, 상기 대상시스템의 특성의 변화는 상기 메모리내에 기억된 시계열데이터에 의거하여 자가진단되는 것을 특징으로 하는 시스템의 다이나믹특성 동정방법.
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