JP6737346B2 - Stage assembly, exposure apparatus, and process - Google Patents

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Description

本出願は、2016年6月1日に出願された、「流体アクチュエータを制御するための制御システム」と題する米国仮出願第62/344,262号の優先権を主張する。許容される範囲において、米国仮出願第62/344,262号の内容をここに援用する。 This application claims priority to US Provisional Application No. 62/344,262, filed June 1, 2016, entitled "Control System for Controlling Fluid Actuators". To the extent permitted, the content of US Provisional Application No. 62/344,262 is hereby incorporated by reference.

露光装置は、LCDフラットパネルディスプレイ又は半導体ウエハなどのワークにマスクからの像を転写するために一般的に使用される。一般的な露光装置は、照明源と、マスクを保持し精密に位置決めするマスクステージアセンブリと、レンズアセンブリと、ワークを保持し精密に位置決めするワークステージアセンブリと、マスク及びワークの位置又は移動を監視する測定システムとを含む。マスク及び/又はワークを正確に位置決めしながら、これらの構成要素を位置決めするために使用されるアクチュエータのコストを低減するという要求に終わりはない。 Exposure devices are commonly used to transfer an image from a mask onto a workpiece such as an LCD flat panel display or semiconductor wafer. A general exposure apparatus monitors the position or movement of an illumination source, a mask stage assembly that holds and precisely positions a mask, a lens assembly, a work stage assembly that holds and precisely positions a work, and the position and movement of the mask and work. Measuring system. There is an endless need to accurately position masks and/or workpieces while reducing the cost of actuators used to position these components.

本発明は、ワークを移動軸に沿って位置決めするためのステージアセンブリに関する。一実施形態において、ステージアセンブリは、ステージと、ベースと、流体アクチュエータアセンブリと、制御システムとを含む。ステージは、ワークに結合しワークを保持するように構成される。流体アクチュエータアセンブリは、ステージに結合され、ステージを移動軸に沿ってベースに対して移動させる。流体アクチュエータアセンブリは、ピストンチャンバを画定するピストンハウジングと、ピストンチャンバ内に配置され、ピストン軸に沿ってピストンチャンバに対して移動するピストンと、ピストンチャンバへのピストン流体の流れを制御するバルブアセンブリとを含むことができる。バルブアセンブリは、第1の入口バルブ特性を有する第1の入口バルブを含む。制御システムは、ピストンチャンバへのピストン流体の流れを制御するためにバルブアセンブリを制御する。特定の実施形態において、制御システムは、バルブアセンブリを制御するために第1の入口バルブ特性の逆関数を利用する。 The present invention relates to a stage assembly for positioning a work along a movement axis. In one embodiment, the stage assembly includes a stage, a base, a fluid actuator assembly, and a control system. The stage is configured to bond to and hold a work piece. The fluid actuator assembly is coupled to the stage and moves the stage relative to the base along a movement axis. A fluid actuator assembly includes a piston housing defining a piston chamber, a piston disposed within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along a piston axis, and a valve assembly controlling flow of piston fluid to the piston chamber. Can be included. The valve assembly includes a first inlet valve having a first inlet valve characteristic. The control system controls the valve assembly to control the flow of piston fluid into the piston chamber. In particular embodiments, the control system utilizes an inverse function of the first inlet valve characteristic to control the valve assembly.

一実施形態において、ピストン流体は、気体であり、本発明は、空気圧制御用途として説明される。代替的に、ピストン流体は、油などの液体でもよく、異なる式が利用されてもよい。 In one embodiment, the piston fluid is a gas and the invention is described as a pneumatic control application. Alternatively, the piston fluid may be a liquid such as oil and different equations may be utilized.

本明細書に記載されているように、制御システムは、ステージを正確に駆動して位置決めする目的で所望の力を発生させるためにピストンの両側面に対する流体圧力を精密に制御する。特定の実施形態において、バルブアセンブリは、システムに固有の非線形性を特定するために評価される。これらの非線形性は、各バルブのバルブ特性を含む。バルブ特性の非排他的な例として、(i)チャンバ容積に応じた流体圧力の変動、(ii)比例バルブのバックラッシュ及び差圧の依存関係、並びに(iii)上流及び下流の圧力に関連する流量の非線形性が挙げられる。非線形性は、試験、モデリング、又はシミュレーションによって特定することができる。その後、バルブ特性は、反転され、システムを線形化し、流体アクチュエータアセンブリを正確に制御するために制御システムの制御ループで使用される。 As described herein, the control system precisely controls the fluid pressure against the sides of the piston to generate the desired force for the purpose of precisely driving and positioning the stage. In certain embodiments, the valve assembly is evaluated to identify non-linearities inherent in the system. These non-linearities include the valve characteristics of each valve. Non-exclusive examples of valve characteristics relate to (i) fluid pressure variation as a function of chamber volume, (ii) proportional valve backlash and differential pressure dependency, and (iii) upstream and downstream pressures. The non-linearity of the flow rate may be mentioned. Non-linearities can be identified by testing, modeling, or simulation. The valve characteristics are then inverted and used in the control loop of the control system to linearize the system and precisely control the fluid actuator assembly.

したがって、ステージの軌道運動に流体シリンダを適用することに関連する、流体シリンダ圧力及びバルブ力学のシステム非線形性の問題は、特定されるシステム力学モデルを制御設計に組み込むことによって解決される。 Therefore, the problem of system non-linearity of fluid cylinder pressure and valve dynamics associated with applying the fluid cylinder to the orbital motion of the stage is solved by incorporating the identified system dynamics model into the control design.

特定の実施形態において、ピストンは、ピストンの両側にある第1のチャンバと第2のチャンバとにピストンチャンバを分割する。さらに、バルブアセンブリは、第1のチャンバ及び第2のチャンバへの/からのピストン流体の流れを制御する。 In a particular embodiment, the piston divides the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston. Additionally, the valve assembly controls the flow of piston fluid to/from the first chamber and the second chamber.

一実施形態において、バルブアセンブリは、(i)第1のチャンバへのピストン流体の流れを制御する第1の入口バルブと、(ii)第1のチャンバからのピストン流体の流れを制御する第1の出口バルブと、(iii)第2のチャンバへのピストン流体の流れを制御する第2の入口バルブと、(iv)第2のチャンバからのピストン流体の流れを制御する第2の出口バルブとを含む。さらに、第1の出口バルブは、第1の出口バルブ特性を有し、第2の入口バルブは、第2の入口バルブ特性を有し、第2の出口バルブは、第2の出口バルブ特性を有する。この実施形態において、制御システムは、バルブアセンブリを制御するために第1の出口バルブ特性の逆関数、第2の入口バルブ特性の逆関数、及び第2の出口バルブ特性の逆関数も利用する。 In one embodiment, a valve assembly includes (i) a first inlet valve that controls the flow of piston fluid into the first chamber and (ii) a first inlet valve that controls the flow of piston fluid from the first chamber. Outlet valve, (iii) a second inlet valve controlling the flow of piston fluid to the second chamber, and (iv) a second outlet valve controlling the flow of piston fluid from the second chamber. including. Further, the first outlet valve has a first outlet valve characteristic, the second inlet valve has a second inlet valve characteristic, and the second outlet valve has a second outlet valve characteristic. Have. In this embodiment, the control system also utilizes an inverse function of the first outlet valve characteristic, an inverse function of the second inlet valve characteristic, and an inverse function of the second outlet valve characteristic to control the valve assembly.

非排他的な一例として、第1の入口バルブ特性は、第1の入口バルブの実験的試験を使用して測定することができ、第1の出口バルブ特性は、第1の出口バルブの実験的試験を使用して測定することができ、第2の入口バルブ特性は、第2の入口バルブの実験的試験を使用して測定することができ、第2の出口バルブ特性は、第2の出口バルブの実験的試験を使用して測定することができる。 As a non-exclusive example, the first inlet valve characteristic can be measured using empirical testing of the first inlet valve and the first outlet valve characteristic can be empirically measured for the first outlet valve. The second inlet valve characteristic can be measured using a test, the second inlet valve characteristic can be measured using an empirical test of the second inlet valve, and the second outlet valve characteristic can be measured using a second outlet valve characteristic. It can be measured using empirical testing of valves.

本明細書に記載されているように、例えば、各バルブ特性は、(i)バルブに関する、電流コマンドと有効オリフィス面積との関係、(ii)バルブに関する、電流コマンドとバルブ位置との関係、及び(iii)バルブに関する、有効オリフィス面積とバルブ位置との関係であってもよい。 As described herein, for example, each valve characteristic may include (i) current command and effective orifice area relationship for the valve, (ii) current command and valve position relationship for the valve, and (Iii) It may be the relationship between the effective orifice area and the valve position regarding the valve.

本発明はまた、露光装置と、基板を用意するステップ及び露光装置を用いて基板に像を形成するステップを含む、デバイスを製造するためのプロセスとに関する。 The present invention also relates to an exposure apparatus and a process for manufacturing a device that includes the steps of providing a substrate and imaging the substrate with the exposure apparatus.

本発明はまた、ワークを移動軸に沿って位置決めするための方法に関する。一実施形態において、本方法は、(i)ベースを用意するステップと、(ii)ワークをステージに結合するステップと、(iii)流体アクチュエータアセンブリを用いてステージを移動軸に沿って移動させるステップであって、流体アクチュエータアセンブリが、ピストンチャンバを画定するピストンハウジングと、ピストンチャンバ内に配置され、ピストン軸に沿ってピストンチャンバに対して移動するピストンと、ピストンチャンバへのピストン流体の流れを制御するバルブアセンブリとを含み、バルブアセンブリが、第1の入口バルブ特性を有する第1の入口バルブを含むステップと、(iv)ピストンチャンバへのピストン流体の流れを制御するために制御システムを用いてバルブアセンブリを制御するステップであって、制御システムが、バルブアセンブリを制御するために第1の入口バルブ特性の逆関数を利用するステップとを含む。 The invention also relates to a method for positioning a workpiece along a movement axis. In one embodiment, the method comprises the steps of (i) providing a base, (ii) coupling a workpiece to a stage, and (iii) moving the stage along a movement axis using a fluid actuator assembly. Wherein a fluid actuator assembly controls a piston housing defining a piston chamber, a piston disposed within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along a piston axis, and a piston fluid flow to the piston chamber. A valve assembly having a first inlet valve having a first inlet valve characteristic, and (iv) using a control system to control the flow of piston fluid into the piston chamber. Controlling the valve assembly, the control system utilizing an inverse function of the first inlet valve characteristic to control the valve assembly.

本発明の新規な特徴及び本発明自体は、その構造及びその動作の両方に関して、付随する説明と併せて添付の図面から最もよく理解される。なお、同様の参照符号は、同様の部分を示す。 The novel features of the invention and the invention itself, both as to its structure and its operation, are best understood from the accompanying drawings in conjunction with the accompanying description. Note that the same reference numerals indicate the same parts.

本発明の特徴を有するステージアセンブリの簡略側面図である。FIG. 6 is a simplified side view of a stage assembly having features of the present invention.

流体アクチュエータアセンブリを制御するための方法を示す制御ブロックダイアグラムである。6 is a control block diagram illustrating a method for controlling a fluid actuator assembly.

チャンバコントローラの制御ブロックダイアグラムである。It is a control block diagram of a chamber controller.

本発明の特徴を有するピストンチャンバの1つとバルブサブアセンブリの1つの簡略図である。FIG. 3 is a simplified diagram of one of the piston chambers and one of the valve subassemblies having features of the invention.

オリフィスを含むパイプの簡略図である。FIG. 6 is a simplified diagram of a pipe including an orifice.

バルブの非排他的な一例の簡略断面図である。FIG. 6 is a simplified cross-sectional view of a non-exclusive example of a valve. バルブの非排他的な一例の簡略断面図である。FIG. 6 is a simplified cross-sectional view of a non-exclusive example of a valve. バルブの非排他的な一例の簡略断面図である。FIG. 6 is a simplified cross-sectional view of a non-exclusive example of a valve.

図5A〜図5Cのバルブのバルブ特性を示すグラフである。6 is a graph showing valve characteristics of the valves of FIGS. 5A to 5C.

図5A〜図5Cのバルブの反転バルブ特性を示すグラフである。6 is a graph showing a reversing valve characteristic of the valves of FIGS. 5A to 5C.

あるバルブ位置にある別のタイプのバルブの簡略図である。FIG. 6 is a simplified diagram of another type of valve in one valve position. 別のバルブ位置にある別のタイプのバルブの簡略図である。FIG. 6 is a simplified diagram of another type of valve in another valve position. さらに別のバルブ位置にある別のタイプのバルブの簡略図である。FIG. 6 is a simplified diagram of another type of valve in yet another valve position. さらに別のバルブ位置にある別のタイプのバルブの簡略図である。FIG. 6 is a simplified diagram of another type of valve in yet another valve position.

出口と、部分的に開いた位置にあるバルブ本体の簡略図である。FIG. 7 is a simplified view of the outlet and valve body in a partially open position.

図7A〜図7Dに示されているバルブに関して、計算され正規化された有効オリフィス面積対正規化されたスプール位置を示すグラフである。7A-7D are graphs showing calculated and normalized effective orifice area versus normalized spool position for the valve shown in FIGS. 7A-7D.

スプール位置対正規化された有効オリフィス面積をプロットしたグラフである。6 is a graph plotting spool position versus normalized effective orifice area.

スプールバルブの試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the test result of a spool valve.

スプールバルブのシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of a spool valve.

スプールバルブの2つのバルブ特性を示す。Two valve characteristics of the spool valve are shown.

2つの反転バルブ特性を示す。Two reversal valve characteristics are shown.

本発明の特徴を有する露光装置の概略図である。It is a schematic diagram of an exposure apparatus having the features of the present invention.

本発明に従ってデバイスを製造するためのプロセスの概要を示すフローチャートである。3 is a flow chart outlining a process for manufacturing a device in accordance with the present invention.

本発明の実施形態は、本明細書において、ステージと、ステージを移動させる流体アクチュエータアセンブリを制御する制御システムとを含むステージアセンブリに関して説明される。当業者であれば、本発明の以下の詳細な説明が例示的なものに過ぎず、決して限定するものではないことを理解するであろう。本発明の他の実施形態は、本開示の恩恵を受ける当業者には容易に示唆されるであろう。次に、添付の図面に示されているような、本発明の実施態様を詳細に参照する。同じ又は類似の部分を示すために、図面及び以下の詳細な説明の全体にわたって、同じ又は同様の参照符号が使用される。 Embodiments of the present invention are described herein with respect to a stage assembly that includes a stage and a control system that controls a fluid actuator assembly that moves the stage. Those skilled in the art will appreciate that the following detailed description of the present invention is illustrative only and not in any way limiting. Other embodiments of the invention will be readily apparent to those of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure. Reference will now be made in detail to the embodiments of the invention, as illustrated in the accompanying drawings. The same or similar reference numbers are used throughout the drawings and the following detailed description to refer to the same or like parts.

明瞭化のために、本明細書で説明されている実施態様の当たり前の特徴のすべてを示し説明してはいない。言うまでもなく、そのような実際の実施態様の開発では、用途関連及びビジネス関連の制約の遵守などの開発者の特定の目標を達成するために実施態様に固有の数々の決定を行わなければならないこと、並びにこれらの特定の目標が実施態様ごと、開発者ごとに異なることが理解されよう。さらに、このような開発の努力が、複雑で時間のかかるものであるにもかかわらず、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては工学上の当たり前の仕事であることが理解されよう。 In the interest of clarity, not all of the routine features of the embodiments described herein are shown and described. It goes without saying that in the development of such an actual implementation, a number of implementation-specific decisions must be made to achieve the developer's specific goals, such as compliance with application-related and business-related constraints. , As well as those particular goals, will vary from implementation to implementation and from developer to developer. Further, it will be appreciated that such a development effort, despite being complex and time consuming, is an engineering trivial task for one of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure.

図1は、ベース12と、ステージ14と、ステージムーバアセンブリ16と、測定システム18と、制御システム20(四角い枠として示されている)とを含むステージアセンブリ10の簡略図である。これらの構成要素の各々の設計は、ステージアセンブリ10の設計要求に適合するように変更することができる。ステージアセンブリ10は、製造プロセス及び/又は検査プロセス中にワーク22(場合によってはデバイスとも呼ばれる)を精密に位置決めするのに特に有用である。 FIG. 1 is a simplified diagram of a stage assembly 10 including a base 12, a stage 14, a stage mover assembly 16, a measurement system 18, and a control system 20 (shown as a square frame). The design of each of these components can be modified to suit the design requirements of the stage assembly 10. The stage assembly 10 is particularly useful for precisely positioning a work piece 22 (sometimes also referred to as a device) during the manufacturing and/or inspection process.

概要として、特定の実施形態において、ステージムーバアセンブリ16は、製造に費用が比較的かからない流体アクチュエータアセンブリ24を含む。さらに、本明細書に記載されている独自の較正及び特定プロセスの後に、制御システム20は、ワーク22を正確に位置決めするために流体アクチュエータアセンブリ24を制御することができる。その結果、ステージアセンブリ10の製造にかかる費用が安くなり、ワーク22は、依然として所望のレベルの精度で位置決めされる。 As an overview, in certain embodiments, the stage mover assembly 16 includes a fluid actuator assembly 24 that is relatively inexpensive to manufacture. Moreover, after the unique calibration and identification process described herein, the control system 20 can control the fluid actuator assembly 24 to accurately position the work piece 22. As a result, the stage assembly 10 is less expensive to manufacture and the workpiece 22 is still positioned with the desired level of accuracy.

ステージアセンブリ10によって位置決めされ移動されるワーク22のタイプは変更することができる。例えば、ワーク22は、LCDフラットパネルディスプレイ、半導体ウエハ、又はマスクとすることができ、ステージアセンブリ10は、露光装置の一部として使用することができる。代替的に、例えば、ステージアセンブリ10は、製造及び/又は検査中に他のタイプのデバイスを移動させるために、電子顕微鏡(図示せず)の下にデバイスを移動させるために、又は精密測定動作(図示せず)中にデバイスを移動させるために使用することができる。 The type of workpiece 22 that is positioned and moved by the stage assembly 10 can vary. For example, the work 22 can be an LCD flat panel display, a semiconductor wafer, or a mask, and the stage assembly 10 can be used as part of an exposure apparatus. Alternatively, for example, the stage assembly 10 may be used to move other types of devices during manufacturing and/or inspection, to move the device under an electron microscope (not shown), or to perform precision metrology operations. It can be used to move the device into (not shown).

本明細書に記載されている図の一部は、X軸、Y軸、及びZ軸を指定する座標系を含む。座標系は参照用のものに過ぎず、変更することができることを理解されたい。例えば、X軸とY軸を入れ替えることができ、及び/又はステージアセンブリ10を回転させることができる。さらに、これらの軸は、代替的に第1の軸、第2の軸、又は第3の軸と呼ぶことができる。 Some of the figures described herein include coordinate systems that specify the X, Y, and Z axes. It should be appreciated that the coordinate system is for reference only and can be changed. For example, the X and Y axes can be interchanged and/or the stage assembly 10 can be rotated. Further, these axes may alternatively be referred to as the first axis, the second axis, or the third axis.

ベース12は、ステージ14を支持する。図1に示す非排他的な実施形態において、ベース12は、硬質であり、略矩形の板状のものである。さらに、ベース12は、ベースマウント26にしっかりと固定することができる。代替的に、ベース12は、別の構造に固定することもできる。 The base 12 supports the stage 14. In the non-exclusive embodiment shown in FIG. 1, the base 12 is rigid and generally rectangular in plate shape. Further, the base 12 can be firmly fixed to the base mount 26. Alternatively, the base 12 can be fixed to another structure.

ステージ14は、ワーク22を保持する。一実施形態において、ステージ14及びワーク22を精密に位置決めするために、ステージは、ステージムーバアセンブリ16によってベース12に対して精密に移動される。図1において、ステージ14は、略矩形状のものであり、ワーク22を保持するためのデバイスホルダ(図示せず)を含む。デバイスホルダは、真空チャック、静電チャック、又はワーク22をステージ14に直接結合する何らかの他のタイプのクランプとすることができる。本明細書に示す実施形態において、ステージアセンブリ10は、ワーク22を保持する単一のステージ14を含む。あるいは、例えば、ステージアセンブリ10は、個別に移動され位置決めされる複数のステージを含むように設計することができる。一例として、ステージアセンブリ10は、ステージムーバアセンブリ16によって移動される粗動ステージ(図示せず)と、微動ステージムーバアセンブリ(図示せず)を用いて粗動ステージに対して移動される、ワーク22を保持する微動ステージ(図示せず)とを含むことができる。 The stage 14 holds the work 22. In one embodiment, the stage is precisely moved relative to the base 12 by the stage mover assembly 16 to precisely position the stage 14 and the work piece 22. In FIG. 1, the stage 14 has a substantially rectangular shape and includes a device holder (not shown) for holding the work 22. The device holder can be a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or some other type of clamp that couples the work piece 22 directly to the stage 14. In the embodiments shown herein, the stage assembly 10 includes a single stage 14 that holds a work piece 22. Alternatively, for example, the stage assembly 10 can be designed to include multiple stages that are individually moved and positioned. As an example, the stage assembly 10 is moved with respect to the coarse movement stage using a coarse movement stage (not shown) moved by the stage mover assembly 16 and a fine movement stage mover assembly (not shown). And a fine movement stage (not shown) for holding.

さらに、図1において、ベース12に対するステージ14の移動を可能にするベアリングアセンブリ28を用いて、ステージ14を、ベース12に対して支持することができる。例えば、ベアリングアセンブリ28は、ローラベアリング、流体ベアリング、リニアベアリング、又は別のタイプのベアリングとすることができる。 Further, in FIG. 1, the stage 14 can be supported with respect to the base 12 using a bearing assembly 28 that allows movement of the stage 14 with respect to the base 12. For example, the bearing assembly 28 can be a roller bearing, a fluid bearing, a linear bearing, or another type of bearing.

測定システム18は、光学アセンブリ(図1には図示せず)又はベース12などの基準に対するステージ14の移動及び/又は位置を監視し、測定情報を制御システム20に供給する。ステージ14を精密に位置決めするために、この情報を用いて、ステージムーバアセンブリ16を、制御システム20によって制御することができる。測定システム18の設計は、ステージ14の移動要求に応じて変更することができる。一実施形態において、測定システム18は、Y軸に沿ったステージ14の移動を監視するリニアエンコーダを含むことができる。代替的に、測定システム18は、干渉計又は別のタイプの移動センサもしくは位置センサを含むことができる。 The measurement system 18 monitors the movement and/or position of the stage 14 relative to a reference, such as an optical assembly (not shown in FIG. 1) or the base 12, and provides measurement information to the control system 20. This information can be used to control the stage mover assembly 16 by the control system 20 to precisely position the stage 14. The design of the measurement system 18 can be changed according to the movement requirement of the stage 14. In one embodiment, the measurement system 18 can include a linear encoder that monitors movement of the stage 14 along the Y-axis. Alternatively, the measurement system 18 can include an interferometer or another type of movement or position sensor.

ステージムーバアセンブリ16は、ベース12に対してステージ14を移動させるために制御システム20によって制御される。図1において、ステージムーバアセンブリ16は、ステージ14を単一の移動軸30(例えば、Y軸)に沿って移動させる流体アクチュエータアセンブリ24を含む。 The stage mover assembly 16 is controlled by the control system 20 to move the stage 14 relative to the base 12. In FIG. 1, the stage mover assembly 16 includes a fluid actuator assembly 24 that moves the stage 14 along a single axis of movement 30 (eg, the Y axis).

流体アクチュエータアセンブリ24の設計は、本明細書に記載されている教示に従って変更することができる。非排他的な一実施形態において、流体アクチュエータアセンブリ24は、(i)ピストンチャンバ34を画定するピストンハウジング32及びピストンチャンバ34内に配置されるピストン36を含むピストンアセンブリ31と、(ii)ピストンチャンバ34への/からのピストン流体40(小さい円として示されている)の流れを制御するバルブアセンブリ38とを含む。例えば、ピストン流体40は、空気又は別のタイプの流体とすることができる。これらの構成要素の設計は、本明細書に記載されている教示に従って変更することができる。 The design of the fluid actuator assembly 24 can be modified according to the teachings described herein. In one non-exclusive embodiment, a fluid actuator assembly 24 includes (i) a piston assembly 31 including a piston housing 32 defining a piston chamber 34 and a piston 36 disposed within the piston chamber 34; and (ii) a piston chamber. Valve assembly 38 for controlling the flow of piston fluid 40 (shown as a small circle) to/from 34. For example, the piston fluid 40 can be air or another type of fluid. The design of these components can be modified according to the teachings described herein.

一実施形態において、ピストンハウジング32は、硬質であり、略直円柱状のピストンチャンバ34を画定する。この実施形態において、ピストンハウジング32は、管状の側壁32Aと、円盤状の第1の端壁32Bと、第1の端壁32Bから離間した円盤状の第2の端壁32Cとを含む。端壁32B、32Cの一方又は両方は、ピストン36の一部を受け入れるための壁開口32Dを含むことができる。 In one embodiment, the piston housing 32 is rigid and defines a generally rectangular cylindrical piston chamber 34. In this embodiment, the piston housing 32 includes a tubular side wall 32A, a disc-shaped first end wall 32B, and a disc-shaped second end wall 32C spaced from the first end wall 32B. One or both of the end walls 32B, 32C can include a wall opening 32D for receiving a portion of the piston 36.

ピストンハウジング32は、ピストンマウント42にしっかりと固定することができる。代替的に、ピストンハウジング32は、ベース12などの別の構造に固定することができる。さらに代替的に、ピストンハウジング32は、ステージムーバアセンブリ16によって発生する反力を受けるため、ピストンハウジング32は、他の構造の位置でステージムーバアセンブリ16からの反力の影響を相殺、低減、及び最小化する反作用アセンブリに結合することができる。例えば、ピストンハウジング32は、移動軸30に沿ったピストンハウジング32の運動を可能にする反作用ベアリング(図示せず)を用いてカウンターマス支持体(図示せず)上に維持される大きいカウンターマス(図示せず)に結合することができる。 The piston housing 32 can be firmly fixed to the piston mount 42. Alternatively, the piston housing 32 can be secured to another structure such as the base 12. Still alternatively, the piston housing 32 receives the reaction forces generated by the stage mover assembly 16, so that the piston housing 32 offsets, reduces, and reduces the effects of reaction forces from the stage mover assembly 16 at other structural locations. Can be coupled to a minimizing reaction assembly. For example, the piston housing 32 may be maintained on a large countermass (not shown) using reaction bearings (not shown) that allow movement of the piston housing 32 along the axis of movement 30. (Not shown).

ピストン36は、ピストンチャンバ34内に配置され、ピストン軸36Aに沿ってピストンチャンバ34に対して移動する。特定の実施形態において、ピストン軸36Aは、移動軸30と同軸である。図1に示されている非排他的な実施形態において、ピストン36は、(i)硬質の円盤状のピストン本体36Bと、(ii)ピストン本体36Bとピストンハウジング32との間の領域をシールするピストンシール36Cと、(iii)ピストン本体36Bに取り付けられ、ピストン本体36Bから片持ち梁のように突き出た硬質の第1のビーム36Dであって、第1の端壁32Bの壁開口32Dを通って延びる第1のビーム36Dと、(iv)ピストン本体36Bに取り付けられ、ピストン本体36Bから片持ち梁のように突き出た硬質の第2のビーム36Eであって、第2の端壁32Cの壁開口32Dを通って延びる第2のビーム36Eと、(iv)第1のビーム36Dと第1の端壁32Bとの間の領域をシールする第1のビームシール(図示せず)と、(v)第2のビーム36Eと第2の端壁32Cとの間の領域をシールする第2のビームシール(図示せず)とを含む。 The piston 36 is disposed within the piston chamber 34 and moves relative to the piston chamber 34 along the piston axis 36A. In a particular embodiment, the piston shaft 36A is coaxial with the movement shaft 30. In the non-exclusive embodiment shown in FIG. 1, the piston 36 seals (i) a rigid disc-shaped piston body 36B and (ii) a region between the piston body 36B and the piston housing 32. A piston seal 36C and (iii) a rigid first beam 36D attached to the piston body 36B and protruding from the piston body 36B like a cantilever, passing through the wall opening 32D of the first end wall 32B. A first beam 36D extending in a vertical direction, and (iv) a rigid second beam 36E attached to the piston body 36B and protruding from the piston body 36B like a cantilever, which is a wall of the second end wall 32C. A second beam 36E extending through the opening 32D; (iv) a first beam seal (not shown) that seals the area between the first beam 36D and the first end wall 32B; ) A second beam seal (not shown) that seals the area between the second beam 36E and the second end wall 32C.

この実施形態において、第2のビーム36Eは、ステージ14にもしっかりと固定されている。別の言い方をすると、第2のビーム36Eは、ピストン本体36Bとステージ14との間に延在し、これにより、ピストン本体36Bが移動すると、ステージ14も移動するようになっている。さらに、この実施形態において、第1のビーム36Dは、ピストン本体36Bの両側面の有効面積が計算を簡単にするために同じになるように備えられている。代替的に、例えば、流体アクチュエータアセンブリ24は、第1のビーム36Dなしで設計することができる。このような代替的な設計において、ピストン本体36Bの左側面の有効面積は、ピストン本体36Bの右側面の有効面積よりも大きい。 In this embodiment, the second beam 36E is also fixedly secured to the stage 14. In other words, the second beam 36E extends between the piston body 36B and the stage 14 so that when the piston body 36B moves, the stage 14 also moves. Further, in this embodiment, the first beam 36D is provided such that the effective areas of both sides of the piston body 36B are the same for ease of calculation. Alternatively, for example, the fluid actuator assembly 24 can be designed without the first beam 36D. In such an alternative design, the effective area of the left side surface of piston body 36B is greater than the effective area of the right side surface of piston body 36B.

ピストン本体36Bは、ピストン本体36Bの両側にある第1のチャンバ34A(「チャンバ1」とも呼ばれる)と第2のチャンバ34B(「チャンバ2」とも呼ばれる)とにピストンチャンバ34を分割している。図1において、第1のチャンバ34Aは、ピストン本体36Bの左側にあり、第2のチャンバ34Bは、ピストン本体36Bの右側にある。さらに、第1のチャンバ34Aは、チャンバ1の有効ピストン面積(A)を有し、第1の圧力(P)にあるピストン流体40で満たされ、第1の温度(T)にあり、第1の容積(V)を有する。同様に、第2のチャンバ34Bは、チャンバ2の有効ピストン面積(A)を有し、第2の圧力(P)にあるピストン流体40で満たされ、第2の温度(T)にあり、第2の容積(V)を有する。図1に示すこの非排他的な例において、流体アクチュエータアセンブリ24は、チャンバ1の有効ピストン面積(A)がチャンバ2の有効ピストン面積(A)とほぼ等しくなるように設計されている。 The piston body 36B divides the piston chamber 34 into a first chamber 34A (also called "chamber 1") and a second chamber 34B (also called "chamber 2") on either side of the piston body 36B. In FIG. 1, the first chamber 34A is on the left side of the piston body 36B and the second chamber 34B is on the right side of the piston body 36B. Further, the first chamber 34A has the effective piston area (A 1 ) of chamber 1, is filled with piston fluid 40 at a first pressure (P 1 ) and is at a first temperature (T 1 ). , Having a first volume (V 1 ). Similarly, the second chamber 34B has the effective piston area (A 2 ) of the chamber 2 and is filled with the piston fluid 40 at the second pressure (P 2 ) and at the second temperature (T 2 ). And has a second volume (V 2 ). In this non-exclusive example shown in FIG. 1, fluid actuator assembly 24 is designed so that the effective piston area (A 1 ) of chamber 1 is approximately equal to the effective piston area (A 2 ) of chamber 2.

第1のチャンバ34A内のピストン流体40の第1の圧力(P)は、ピストン本体36Bに対する第1の力(F)を発生させ、第2のチャンバ34B内のピストン流体40の第2の圧力(P)は、ピストン本体36Bに対する第2の力(F)を発生させる。流体アクチュエータアセンブリ24によって発生する合力(F)44(矢印で示す)は、第1の力(F)から第2の力(F)を差し引いたものと等しい(F=F−F)。 The first pressure (P 1 ) of the piston fluid 40 in the first chamber 34A produces a first force (F 1 ) on the piston body 36B, which causes a second pressure of the piston fluid 40 in the second chamber 34B. Pressure (P 2 ) of generates a second force (F 2 ) on the piston body 36B. The resultant force (F) 44 (indicated by the arrow) generated by the fluid actuator assembly 24 is equal to the first force (F 1 ) minus the second force (F 2 ) (F=F 1 −F 2 ). ).

図1に示す非排他的な設計において、第1の圧力(P)が第2の圧力(P)よりも大きい場合、第1の力(F)は第2の力(F)よりも大きく、合力(F)は、正であり、ピストン本体36B及びステージ14を左から右に付勢する。反対に、第1の圧力(P)が第2の圧力(P)よりも小さい場合、第1の力(F)は第2の力(F)よりも小さく、合力(F)は、負であり、ピストン本体36B及びステージ14を右から左に付勢する。 In the non-exclusive design shown in FIG. 1, when the first pressure (P 1 ) is greater than the second pressure (P 2 ), the first force (F 1 ) is the second force (F 2 ). And the resultant force (F) is positive and biases the piston body 36B and the stage 14 from left to right. On the contrary, when the first pressure (P 1 ) is smaller than the second pressure (P 2 ), the first force (F 1 ) is smaller than the second force (F 2 ), and the resultant force (F) Is negative and biases the piston body 36B and the stage 14 from right to left.

一実施形態において、バルブアセンブリ38は、チャンバ34A、34Bの各々の内の圧力を正確かつ個々に制御するために制御システム20によって制御される。非排他的な一実施形態として、バルブアセンブリ38は、(i)第1の圧力(P)を正確に制御するために、第1のチャンバ34Aへの/からのピストン流体40の流れを制御するように制御される第1のバルブサブアセンブリ38Aと、(ii)第2の圧力(P)を正確に制御するために、第2のチャンバ34Bへの/からのピストン流体40の流れを制御するように制御される第2のバルブサブアセンブリ38Bとを含む。この実施形態において、第1のバルブサブアセンブリ38Aは、第1のチャンバ34Aへのピストン流体40の流れを制御するように制御される第1の入口バルブ38Cと、第1のチャンバ34Aからのピストン流体40の流れを制御するように制御される第1の出口バルブ38Dとを含む。同様に、第2のバルブサブアセンブリ38Bは、第2のチャンバ34Bへのピストン流体40の流れを制御するように制御される第2の入口バルブ38Eと、第2のチャンバ34Bからのピストン流体40の流れを制御するように制御される第2の出口バルブ38Fとを含む。 In one embodiment, the valve assembly 38 is controlled by the control system 20 to precisely and individually control the pressure within each of the chambers 34A, 34B. As one non-exclusive embodiment, the valve assembly 38 controls (i) the flow of piston fluid 40 to/from the first chamber 34A to precisely control the first pressure (P 1 ). The first valve subassembly 38A to be controlled to (ii) flow the piston fluid 40 to/from the second chamber 34B in order to precisely control the second pressure (P 2 ). A second valve subassembly 38B that is controlled to control. In this embodiment, the first valve subassembly 38A includes a first inlet valve 38C that is controlled to control the flow of piston fluid 40 to the first chamber 34A, and a piston from the first chamber 34A. A first outlet valve 38D that is controlled to control the flow of fluid 40. Similarly, the second valve subassembly 38B includes a second inlet valve 38E that is controlled to control the flow of piston fluid 40 into the second chamber 34B and a piston fluid 40 from the second chamber 34B. A second outlet valve 38F that is controlled to control the flow of

この実施形態において、流体アクチュエータアセンブリ24は、加圧ピストン流体40を入口バルブ38C、38Eに供給する1つ以上の流体圧力源46(2つが示されている)を含むことができる。さらに、流体圧力源46の各々は、流体タンク46Aと、タンク46A内に加圧ピストン流体40を発生させる圧縮機46Bと、入口バルブ38C、38Eに供給されるピストン流体40の圧力を制御する圧力調整器46Cとを含むことができる。さらに、出口バルブ38D、38Fは、大気、又は真空チャンバなどの低圧領域への排出を可能にする。 In this embodiment, the fluid actuator assembly 24 may include one or more fluid pressure sources 46 (two are shown) that supply pressurized piston fluid 40 to the inlet valves 38C, 38E. Further, each of the fluid pressure sources 46 controls the pressure of the fluid tank 46A, the compressor 46B for generating the pressurized piston fluid 40 in the tank 46A, and the pressure of the piston fluid 40 supplied to the inlet valves 38C, 38E. And a regulator 46C. In addition, outlet valves 38D, 38F allow venting to atmosphere or low pressure areas such as vacuum chambers.

特定の実施形態において、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々は、これらのバルブ38C、38D、38E、38Fの制御に影響を及ぼす1つ以上のバルブ特性を含む。例えば、(i)第1の入口バルブ38Cは、1つ以上の第1の入口バルブ特性を有し、(ii)第1の出口バルブ38Dは、1つ以上の第1の出口バルブ特性を有し、(iii)第2の入口バルブ38Eは、1つ以上の第2の入口バルブ特性を有し、及び/又は(iv)第2の出口バルブ38Fは、1つ以上の第2の出口バルブ特性を有する。一実施形態において、それぞれのバルブ38C、38D、38E、38Fの個々のバルブ特性を測定するために、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々が個々に試験される。この設計において、それぞれのバルブ38C、38D、38E、38Fの個々のバルブ特性は、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々を制御するために使用される。代替的に、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々が、同様であり、同様のバルブ特性を有する場合、バルブ38C、38D、38E、38Fのうちの1つを試験することができ、バルブ38C、38D、38E、38Fのすべてを制御するために、そのバルブのバルブ特性を使用することができる。 In particular embodiments, each of valves 38C, 38D, 38E, 38F includes one or more valve characteristics that affect control of those valves 38C, 38D, 38E, 38F. For example, (i) first inlet valve 38C has one or more first inlet valve characteristics and (ii) first outlet valve 38D has one or more first outlet valve characteristics. Where (iii) the second inlet valve 38E has one or more second inlet valve characteristics, and/or (iv) the second outlet valve 38F has one or more second outlet valves. Has characteristics. In one embodiment, each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F is individually tested to measure the individual valve characteristics of the respective valve 38C, 38D, 38E, 38F. In this design, the individual valve characteristics of each valve 38C, 38D, 38E, 38F are used to control each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F. Alternatively, if each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F is similar and has similar valve characteristics, one of the valves 38C, 38D, 38E, 38F can be tested and the valve 38C can be tested. , 38D, 38E, 38F, the valve characteristics of that valve can be used to control all of them.

使用されるバルブ38C、38D、38E、38Fのタイプは変更することができる。非排他的な例として、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々は、ポペット(「マッシュルーム」)タイプのバルブ又はスプールタイプのバルブなどの比例バルブとすることができる。 The type of valves 38C, 38D, 38E, 38F used can vary. As a non-exclusive example, each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F may be a proportional valve such as a poppet (“mushroom”) type valve or a spool type valve.

バルブ特性のタイプは、使用されるバルブ38C、38D、38E、38Fのタイプに応じて変化する。バルブ38C、38D、38E、38Fの非排他的なタイプ及びバルブ特性の非排他的な例についてはいくつか以下で詳細に説明する。バルブ38C、38D、38E、38Fは、本明細書に記載されている例と異なってもよく、バルブ特性は、本明細書に記載されている例と異なってもよいことに留意されたい。 The type of valve characteristic will vary depending on the type of valve 38C, 38D, 38E, 38F used. Some non-exclusive types of valves 38C, 38D, 38E, 38F and non-exclusive examples of valve characteristics are described in detail below. It should be noted that the valves 38C, 38D, 38E, 38F may differ from the examples described herein and the valve characteristics may differ from the examples described herein.

本明細書に記載されているように、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々に関して、これらの対応するバルブ特性は、実験的試験、シミュレーション、又はこれら両方の組み合わせによって測定することができる。 As described herein, for each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F, their corresponding valve characteristics can be measured by empirical testing, simulation, or a combination of both.

制御システム20は、チャンバ34A、34Bの各々への/からのピストン流体40の流れを制御するためにバルブアセンブリ38を制御する。チャンバ34A、34Bの各々への/からのピストン流体40の流量を選択的に制御することによって、バルブアセンブリ38を、ピストン本体36B及びステージ14を正確に移動させる、ピストン本体36Bに対する制御可能な力44(「F」)を発生させるように制御することができる。 The control system 20 controls the valve assembly 38 to control the flow of piston fluid 40 to/from each of the chambers 34A, 34B. A controllable force on piston body 36B that causes valve assembly 38 to accurately move piston body 36B and stage 14 by selectively controlling the flow rate of piston fluid 40 to/from each of chambers 34A, 34B. 44 (“F”) can be controlled.

制御システム20は、バルブアセンブリ38に電気的に接続され、ステージ14及びワーク22を精密に位置決めするためにバルブアセンブリ38に流される電流を制御する。一実施形態において、制御システム20は、(i)ステージ14の位置(「x」)を絶えず測定するために、及び(ii)ステージ14を位置決めする目的でバルブアセンブリ38に電流を流すために測定システム18からの情報を使用する。制御システム20は、1つ以上のプロセッサ20A及び電子データ記憶装置20Bを含むことができる。制御システム20は、本明細書に記載されているステップを実行するために1つ以上のアルゴリズムを使用する。 The control system 20 is electrically connected to the valve assembly 38 and controls the current applied to the valve assembly 38 to precisely position the stage 14 and workpiece 22. In one embodiment, the control system 20 measures (i) to constantly measure the position (“x”) of the stage 14 and (ii) to pass current through the valve assembly 38 for the purpose of positioning the stage 14. Use information from system 18. The control system 20 may include one or more processors 20A and electronic data storage 20B. Control system 20 uses one or more algorithms to perform the steps described herein.

特定の実施形態において、制御システム20は、所望の第1の力(F)を発生させる目的で第1のチャンバ34A内の第1の圧力(P)を制御するために第1のバルブ38C、38Dの各々を個々に制御する。同様に、制御システム20は、所望の第2の力(F)を発生させる目的で第2のチャンバ34B内の第2の圧力(P)を制御するために第2のバルブ38E、38Fの各々を個々に制御する。したがって、バルブ38C、38D、38E、38Fを制御することによって、制御システム20は、ステージ14に対する所望の合力(F)44を発生させるように流体アクチュエータアセンブリ24を制御することができる。 In a particular embodiment, the control system 20 controls the first valve (P 1 ) to control the first pressure (P 1 ) in the first chamber 34A for the purpose of producing the desired first force (F 1 ). Each of 38C and 38D is controlled individually. Similarly, the control system 20 controls the second valves 38E, 38F to control the second pressure (P 2 ) in the second chamber 34B for the purpose of producing the desired second force (F 2 ). Control each of the. Therefore, by controlling valves 38C, 38D, 38E, 38F, control system 20 can control fluid actuator assembly 24 to generate a desired resultant force (F) 44 on stage 14.

特定の実施形態において、制御システム20がピストン流体40を第1のチャンバ34Aに追加する必要があると判断したとき、制御システム20は、第1の出口バルブ38Dを制御して閉鎖し、ピストン流体40を追加するために第1の入口バルブ38Cを制御して適切な量だけ開放する。さらに、制御システム20が第1のチャンバ34Aからピストン流体40を除去する必要があると判断したとき、制御システム20は、第1の入口バルブ38Cを制御して閉鎖し、ピストン流体40を放出するために第1の出口バルブ38Dを制御して適切な量だけ開放する。この例において、常に第1のバルブ38C、38Dの一方が閉鎖されるように制御される。代替的に、制御システム20は、第1のチャンバ34Aへの/からのピストン流体40の追加及び/又は除去中に第1のバルブ38C、38Dの両方を制御して開放することができる。 In certain embodiments, when the control system 20 determines that the piston fluid 40 needs to be added to the first chamber 34A, the control system 20 controls the first outlet valve 38D to close and the piston fluid 40D. The first inlet valve 38C is controlled to add 40 to open the appropriate amount. Further, when the control system 20 determines that the piston fluid 40 needs to be removed from the first chamber 34A, the control system 20 controls and closes the first inlet valve 38C to expel the piston fluid 40. For this purpose, the first outlet valve 38D is controlled to open by an appropriate amount. In this example, one of the first valves 38C and 38D is always controlled to be closed. Alternatively, control system 20 may controllably open both first valves 38C, 38D during the addition and/or removal of piston fluid 40 to/from first chamber 34A.

同様に、制御システム20がピストン流体40を第2のチャンバ34Bに追加する必要があると判断したとき、制御システム20は、第2の出口バルブ38Fを制御して閉鎖し、ピストン流体40を追加するために第2の入口バルブ38Eを制御して適切な量だけ開放する。さらに、制御システム20が第2のチャンバ34Bからピストン流体40を除去する必要があると判断したとき、制御システム20は、第2の入口バルブ38Eを制御して閉鎖し、ピストン流体40を放出するために第2の出口バルブ38Fを制御して適切な量だけ開放する。この例において、常に第2のバルブ38E、38Fの一方が閉鎖されるように制御される。代替的に、制御システム20は、第2のチャンバ34Bへの/からのピストン流体40の追加及び/又は除去中に第2のバルブ38E、38Fの両方を制御して開放することができる。 Similarly, when the control system 20 determines that the piston fluid 40 needs to be added to the second chamber 34B, the control system 20 controls and closes the second outlet valve 38F to add the piston fluid 40. In order to do so, the second inlet valve 38E is controlled to open an appropriate amount. Further, when the control system 20 determines that the piston fluid 40 needs to be removed from the second chamber 34B, the control system 20 controls and closes the second inlet valve 38E, releasing the piston fluid 40. In order to do so, the second outlet valve 38F is controlled to open an appropriate amount. In this example, one of the second valves 38E and 38F is always controlled to be closed. Alternatively, control system 20 may controllably open both second valves 38E, 38F during the addition and/or removal of piston fluid 40 to/from second chamber 34B.

2つのチャンバ34A、34Bの正確な流体圧力制御を行い、所望の力44を発生させ、ステージ14を駆動する。流体アクチュエータアセンブリ24を正確に制御するには、(i)チャンバ容積に応じた流体圧力の変動、(ii)比例バルブ38C、38D、38E、38Fのバックラッシュ及び差圧の依存関係、並びに(iii)上流及び下流の圧力に関連する流量の非線形性など、システムに固有の非線形性を測定することが重要である。実験的試験及び/又はモデリングを通じて、これらの非線形性を、特定し、制御システム20によって補償することができる。 Precise fluid pressure control of the two chambers 34A, 34B is performed to generate the desired force 44 and drive the stage 14. To accurately control the fluid actuator assembly 24, (i) variation of fluid pressure as a function of chamber volume, (ii) backlash and differential pressure dependence of proportional valves 38C, 38D, 38E, 38F, and (iii) 3.) It is important to measure the non-linearities inherent in the system, such as the non-linearities of the upstream and downstream pressure related flow rates. Through empirical testing and/or modeling, these non-linearities can be identified and compensated by the control system 20.

例えば、制御システム20は、(i)第1の入口バルブ38Cを制御するために第1の入口バルブ特性の逆関数を、(ii)第1の出口バルブ38Dを制御するために第1の出口バルブ特性の逆関数を、(iii)第2の入口バルブ38Eを制御するために第2の入口バルブ特性の逆関数を、及び(iv)第2の出口バルブ38Fを制御するために第2の出口バルブ特性の逆関数を、利用することができる。制御システム20は各バルブ特性の逆関数を利用するため、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々を、向上した精度で制御することができる。 For example, the control system 20 may include (i) an inverse function of the first inlet valve characteristic to control the first inlet valve 38C, and (ii) a first outlet valve to control the first outlet valve 38D. An inverse function of the valve characteristic, (iii) an inverse function of the second inlet valve characteristic for controlling the second inlet valve 38E, and (iv) a second function of controlling the second outlet valve 38F. An inverse function of the outlet valve characteristic can be utilized. Since the control system 20 utilizes the inverse function of each valve characteristic, each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F can be controlled with improved accuracy.

図2Aは、ステージ14を正確に位置決めするために流体アクチュエータアセンブリ24を制御するための方法の非排他的な一例を示す制御ブロックダイアグラム220である。より具体的には、制御ブロックダイアグラム220は、ステージ14を精密に位置決めする目的でピストンアセンブリ31を制御するためにバルブアセンブリ38に電流を流すための非排他的な一方法を示す。制御ブロックダイアグラム220において、ステージ14は、測定システム18(図1に示されている)によって測定されるような、測定される瞬時のステージ位置(「x」)(例えば、測定軸30(図1に示されている)に沿った)を有する。 FIG. 2A is a control block diagram 220 illustrating a non-exclusive example of a method for controlling the fluid actuator assembly 24 to accurately position the stage 14. More specifically, control block diagram 220 illustrates one non-exclusive method for passing current through valve assembly 38 to control piston assembly 31 for the purpose of precisely positioning stage 14. In the control block diagram 220, the stage 14 is measured at an instantaneous stage position (“x”) as measured by the measurement system 18 (shown in FIG. 1) (eg, the measurement axis 30 (FIG. 1)). ) Along)).

この実施形態において、制御ブロックダイアグラム220は、(i)ステージ14のステージ所望基準位置又は軌道(「x」)(例えば、移動軸30(図1に示されている)に沿った)、所望の速度(「

Figure 0006737346
」)、所望の加速度(「
Figure 0006737346
」)、及びステージジャーク基準(「
Figure 0006737346
」)を与えるステージ基準ブロック260と、(ii)ステージフィードバック(「FB」)コントローラ262と、(iii)ステージフィードフォワード(「FF」)コントローラ264と、(iv)フィードバック力コマンドをフィードバック圧力コマンドに変換するフィードバックコンバータ266と、(v)フィードフォワード力コマンドをフィードフォワード圧力コマンドに変換するフィードフォワードコンバータ268と、(vi)第1のチャンバコントローラ270と、(vii)第2のチャンバコントローラ272と、(viii)ステージ14の測定された位置(「x」)に基づいて第1のチャンバの現在の第1のチャンバ容積(「V」)及び第1の容積変化率(「
Figure 0006737346
」)を推定し、ステージ14の測定された位置に基づいて第2のチャンバの現在の第2のチャンバ容積(「V」)及び第2の容積変化率(「
Figure 0006737346
」)を推定するチャンバ容積推定器278とを含む。 In this embodiment, the control block diagram 220 includes (i) a desired stage reference position or trajectory (“x d ”) of the stage 14 (eg, along the axis of travel 30 (shown in FIG. 1)), desired. Speed of ("
Figure 0006737346
)), the desired acceleration (“
Figure 0006737346
)) and stage jerk criteria (“
Figure 0006737346
)), (ii) stage feedback (“FB”) controller 262, (iii) stage feedforward (“FF”) controller 264, and (iv) feedback force command to feedback pressure command. A feedback converter 266 for converting, (v) a feedforward converter 268 for converting a feedforward force command into a feedforward pressure command, (vi) a first chamber controller 270, (vii) a second chamber controller 272, (Viii) The current first chamber volume (“V 1 ”) of the first chamber and the first rate of change of volume (““ based on the measured position (“x”) of stage 14).
Figure 0006737346
)) and based on the measured position of the stage 14, the current second chamber volume (“V 2 ”) of the second chamber and the second rate of volume change (“
Figure 0006737346
)) for estimating the chamber volume.

図2Aの制御ブロックダイアグラム220のブロックの一部は任意選択であり、及び/又は制御ブロックダイアグラム220は追加の制御ブロックを含むことができることに留意されたい。例えば、制御ブロックダイアグラム220は、ステージフィードフォワードコントローラ264のループなしで設計することができる。追加的に又は代替的に、制御ブロックダイアグラム220は、反復学習ループ(図示せず)を含むように設計することができる。 Note that some of the blocks of control block diagram 220 of FIG. 2A are optional, and/or control block diagram 220 may include additional control blocks. For example, the control block diagram 220 can be designed without the loop of the stage feedforward controller 264. Additionally or alternatively, the control block diagram 220 can be designed to include an iterative learning loop (not shown).

左から右に進行する制御ブロックダイアグラム220において、ステージ所望基準260の位置又は軌道(「x」)は、ステージ14の所望の位置と測定された位置との間の誤差を表すステージ追従誤差(「e」)を生成するために、ステージ測定位置(「x」)と比較される。次に、ステージ追従誤差(「e」)は、ステージ14を測定された位置から基準位置に移動させるために必要な力コマンドを表すステージフィードバック力コマンド(「Ffb」)を生成するステージフィードバックコントローラ262に供給される。同時に、所望の基準位置(「x」)、ステージ速度基準(「

Figure 0006737346
」)、ステージ加速度基準(「
Figure 0006737346
」)、及びステージジャーク基準(
Figure 0006737346
)が、システム時間遅延及び軌道などを補償するために必要な力コマンドを表すステージフィードフォワード力コマンド(「Fff」)を生成するステージフィードフォワードコントローラ264に供給される。 In the control block diagram 220 traveling from left to right, the position or trajectory (“x d ”) of the stage desired reference 260 represents the error between the desired position of the stage 14 and the measured position, the stage tracking error ( "E") is compared to the stage measurement position ("x"). The stage tracking error (“e”) then produces a stage feedback force command (“F fb ”) that represents the force command required to move the stage 14 from the measured position to the reference position. 262. At the same time, the desired reference position (“x d ”), stage velocity reference (““
Figure 0006737346
)), stage acceleration reference (“
Figure 0006737346
)) and stage jerk criteria (
Figure 0006737346
) Is supplied to a stage feedforward controller 264 that produces a stage feedforward force command (“F ff ”) that represents the force command required to compensate for system time delays, trajectories, and the like.

次に、この実施形態において、ステージフィードバック力コマンド(「Ffb」)及びフィードフォワード力コマンド(「Fff」)は、フィードバックコンバータ266に供給される組み合わされた力コマンド(「Fcmd」)を生成するために組み合わされ、フィードバックコンバータ266は、組み合わされた力コマンドを、第1のチャンバのための第1のフィードバック圧力コマンド(「P1fb」又は「P1,cmd」)及び第2のチャンバのための第2のフィードバック圧力コマンド(「P2fb」又は「P2,cmd」)に変換する。同様に、ステージフィードフォワード力コマンド(「Fff」)は、フィードフォワードコンバータ268に供給され、フィードフォワードコンバータ268は、フィードフォワード力コマンドを、第1のチャンバのための第1のフィードフォワード圧力変化率コマンド(「

Figure 0006737346
」)及び第2のチャンバのための第2のフィードフォワード圧力変化率コマンド(「
Figure 0006737346
」)に変換する。 Then, in this embodiment, the stage feedback force command (“F fb ”) and the feedforward force command (“F ff ”) are combined force commands (“F cmd ”) supplied to the feedback converter 266. Combined to produce a combined force command, the feedback converter 266 produces a combined feedback command of the first feedback pressure command for the first chamber (“P1 fb ”or “P 1, cmd ”) and the second chamber. To a second feedback pressure command (“P2 fb ”or “P 2, cmd ”). Similarly, the stage feedforward force command (“F ff ”) is provided to the feedforward converter 268, which feedforward force command 168 to feed the first feedforward pressure change for the first chamber. Rate command ("
Figure 0006737346
)) and a second feedforward pressure change rate command for the second chamber ("
Figure 0006737346
)).

その後、第1のチャンバコントローラ270は、第1のバルブサブアセンブリに送られる第1のバルブサブアセンブリ電流コマンド(「u」)を決定するために、第1のフィードバック圧力コマンド(「P1,cmd」)、第1のフィードフォワード圧力コマンド(「

Figure 0006737346
」)、第1の測定された圧力(「P」)、第1のチャンバ容積(「V」)、及び第1の容積変化率(「
Figure 0006737346
」)を使用する。同様に、第2のチャンバコントローラ272は、第2のバルブサブアセンブリに送られる第2のバルブサブアセンブリ電流コマンド(「u」)を決定するために、第2のフィードバック圧力コマンド(「P2,cmd」)、第2のフィードフォワード圧力コマンド(「
Figure 0006737346
」)、第2の測定された圧力(「P」)、第2のチャンバ容積(「V」)、及び第2の容積変化率(「
Figure 0006737346
」)を使用する。バルブアセンブリ38への電流により、ピストンアセンブリ31へのピストン流体が制御され、ステージ14に対する力(「F」)が生成される。 Thereafter, the first chamber controller 270 determines a first feedback pressure command (“P 1, ” to determine a first valve subassembly current command (“u 1 ”) sent to the first valve subassembly . cmd "), the first feedforward pressure command ("
Figure 0006737346
)), a first measured pressure ("P 1 "), a first chamber volume ("V 1 "), and a first rate of change of volume ("
Figure 0006737346
)) is used. Similarly, the second chamber controller 272 determines a second feedback sub-command current command (“u 2 ”) to be sent to the second valve sub-assembly to determine a second feedback pressure command (“P 2 ”). , Cmd "), the second feedforward pressure command ("
Figure 0006737346
″), a second measured pressure (“P 2 ”), a second chamber volume (“V 2 ”), and a second rate of volume change (“
Figure 0006737346
)) is used. The current to the valve assembly 38 controls the piston fluid to the piston assembly 31 and produces a force (“F”) on the stage 14.

本明細書に記載されているように、チャンバコントローラ270、272は、2つのチャンバ内の圧力を正確に制御するために必要なそれぞれの電流コマンドを正確に決定するためにバルブ特性の逆関数を利用する。このプロセスは、図2Bを参照して以下でより詳細に説明される。 As described herein, the chamber controllers 270, 272 perform an inverse function of the valve characteristics to accurately determine the respective current commands required to accurately control the pressure in the two chambers. To use. This process is described in more detail below with reference to FIG. 2B.

各バルブサブアセンブリのバルブのうちの一方が常に閉鎖される実施形態において、各バルブサブアセンブリに必要とされるのは単一の電流コマンドのみであることに留意されたい。代替的に、各バルブサブアセンブリの両方を常に開放することができる場合、チャンバコントローラ270、272は、各バルブに別々の電流コマンドを供給するように設計される必要がある。 Note that in embodiments where one of the valves in each valve subassembly is always closed, only a single current command is required for each valve subassembly. Alternatively, if both valve subassemblies can be open at all times, the chamber controllers 270, 272 need to be designed to provide separate current commands for each valve.

ステージムーバアセンブリ16によって発生する力を理解し、制御システム20によるステージムーバアセンブリ16の制御を理解するためには、多くの式が有用である。上記のように、ステージムーバアセンブリ16によって発生する合力は、以下のように規定される。

Figure 0006737346
上記のように、Fは、合力であり、Fは、第1のチャンバによって発生する力であり、Fは、第2のチャンバによって発生する力である。 Many equations are useful for understanding the forces generated by the stage mover assembly 16 and for understanding the control of the stage mover assembly 16 by the control system 20. As described above, the resultant force generated by the stage mover assembly 16 is defined as follows.
Figure 0006737346
As mentioned above, F is the resultant force, F 1 is the force generated by the first chamber, and F 2 is the force generated by the second chamber.

式1は、以下のように書き直すことができる。

Figure 0006737346
上記のように、Pは、第1のチャンバ内の第1のチャンバ圧力であり、Aは、第1のチャンバの有効ピストン面積であり、Pは、第2のチャンバ34B内の第2のチャンバ圧力であり、Aは、第2のチャンバ34Bの有効ピストン面積である。 Equation 1 can be rewritten as:
Figure 0006737346
As mentioned above, P 1 is the first chamber pressure in the first chamber, A 1 is the effective piston area of the first chamber, and P 2 is the first chamber pressure in the second chamber 34B. 2 is the chamber pressure and A 2 is the effective piston area of the second chamber 34B.

さらに、ステージに対する力は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
式3及び他の箇所において、Mは、ステージ(ワークを含む)の質量であり、Cは、減衰係数であり、
Figure 0006737346
は、ステージの質量の加速度であり、
Figure 0006737346
は、ステージの速度である。 Further, the force on the stage can be expressed as:
Figure 0006737346
In Equation 3 and elsewhere, M is the mass of the stage (including the work piece), C is the damping coefficient,
Figure 0006737346
Is the acceleration of the stage mass,
Figure 0006737346
Is the speed of the stage.

気体の状態式は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
式4及び他の箇所において、iは、それぞれのチャンバ(第1のチャンバ(「1」)又は第2のチャンバ(「2」)のいずれか)であり、Pは、それぞれのチャンバ内の圧力であり、Vは、それぞれのチャンバの容積であり、Rは、気体定数であり、mは、それぞれのチャンバ内の気体質量であり、Tは、それぞれのチャンバ内の温度である。 The equation of state of gas can be expressed as follows.
Figure 0006737346
In Equation 4 and elsewhere, i is the respective chamber (either the first chamber (“1”) or the second chamber (“2”)) and P i is the a pressure, V i is the volume of the respective chambers, R represents the gas constant, m i is the gas mass in the respective chambers, T i is the temperature in each chamber ..

式4は、以下のように書き直すことができる。

Figure 0006737346
式5及び他の箇所において、
Figure 0006737346
は、それぞれのチャンバの圧力変化率であり、
Figure 0006737346
は、それぞれのチャンバの容積変化率であり、
Figure 0006737346
は、それぞれのチャンバの質量流量である。 Equation 4 can be rewritten as:
Figure 0006737346
In Equation 5 and elsewhere,
Figure 0006737346
Is the pressure change rate of each chamber,
Figure 0006737346
Is the volume change rate of each chamber,
Figure 0006737346
Is the mass flow rate of each chamber.

式5は、以下のようにチャンバ圧力モデリングとして書き直すことができる。

Figure 0006737346
Equation 5 can be rewritten as chamber pressure modeling as follows:
Figure 0006737346

さらに、式5は、以下のようにチャンバ質量流量制御として書き直すことができる。

Figure 0006737346
Further, Equation 5 can be rewritten as chamber mass flow control as follows:
Figure 0006737346

第1のチャンバ34Aの第1の容積Vは、以下のようにステージ位置の関数として書くことができる。

Figure 0006737346
同様に、第2のチャンバ34Bの第2の容積Vは、以下のようにステージ位置の関数として書くことができる。
Figure 0006737346
式8及び9並びに他の箇所において、Aは、第1のチャンバの有効ピストン面積であり、Aは、第2のチャンバの有効ピストン面積であり、xは、ステージの現在の位置であり、x1,oは、第1のチャンバの無効長(dead length)であり、x2,oは、第2のチャンバの無効長である。 The first volume V 1 of the first chamber 34A can be written as a function of stage position as follows:
Figure 0006737346
Similarly, the second volume V 2 of the second chamber 34B can be written as a function of stage position as follows:
Figure 0006737346
In equations 8 and 9 and elsewhere, A 1 is the effective piston area of the first chamber, A 2 is the effective piston area of the second chamber, and x is the current position of the stage. , X 1,o is the dead length of the first chamber and x 2,o is the dead length of the second chamber.

式8は、以下のように書き直すことができる。

Figure 0006737346
同様に、式9は、以下のように書き直すことができる。
Figure 0006737346
これらの式及び他の箇所において、
Figure 0006737346
は、第1のチャンバの容積変化率であり、
Figure 0006737346
は、第2のチャンバの容積変化率である。 Equation 8 can be rewritten as:
Figure 0006737346
Similarly, Equation 9 can be rewritten as:
Figure 0006737346
In these equations and elsewhere,
Figure 0006737346
Is the volume change rate of the first chamber,
Figure 0006737346
Is the rate of change in volume of the second chamber.

チャンバ34A、34Bの各々のチャンバ圧力制御は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
Figure 0006737346
式12及び13並びに他の箇所において、Fcmdは、力コマンドであり、Ffeedforwardは、フィードフォワード力コマンドであり、Ffeedbackは、フィードバック力コマンドであり、
Figure 0006737346
は、ステージ加速度基準であり、
Figure 0006737346
は、ステージ速度基準であり、
Figure 0006737346
は、ステージジャーク基準であり、xは、基準位置であり、Cは、ステージとアクチュエータシステムの減衰比であり、Cfb(s)は、ステージフィードバック制御フィルタであり、xは、ステージの現在の測定された位置であり、P1,cmdは、第1のチャンバへの圧力コマンドであり、P2,cmdは、第2のチャンバへの圧力コマンドである。 The chamber pressure control for each of the chambers 34A, 34B can be expressed as:
Figure 0006737346
Figure 0006737346
In equations 12 and 13 and elsewhere, F cmd is the force command, F feedforward is the feedforward force command, F feedback is the feedback force command,
Figure 0006737346
Is the stage acceleration reference,
Figure 0006737346
Is the stage speed reference,
Figure 0006737346
Is the stage jerk reference, x d is the reference position, C is the damping ratio of the stage and actuator system, C fb (s) is the stage feedback control filter, and x is the current of the stage. , P 1, cmd is the pressure command to the first chamber and P 2, cmd is the pressure command to the second chamber.

式12及び13は、以下のように書き直すことができる。

Figure 0006737346
Figure 0006737346
式14及び15並びに他の箇所において、Fは、オフセット力コマンドであり、rは、第1のチャンバと第2のチャンバの配分比である。特定の実施形態において、rの値は、0よりも大きく、1よりも小さい(0<r<1)が、公称値はr=0.5である。 Equations 12 and 13 can be rewritten as follows:
Figure 0006737346
Figure 0006737346
In equations 14 and 15 and elsewhere, F o is the offset force command and r is the distribution ratio of the first chamber to the second chamber. In a particular embodiment, the value of r is greater than 0 and less than 1 (0<r<1), but the nominal value is r=0.5.

式14及び15は、以下のように書き直すことができる。

Figure 0006737346
Figure 0006737346
Equations 14 and 15 can be rewritten as follows:
Figure 0006737346
Figure 0006737346

チャンバ圧力制御は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
さらに、式18は、以下のように表すことができる。
Figure 0006737346
Figure 0006737346
The chamber pressure control can be expressed as:
Figure 0006737346
Further, Equation 18 can be expressed as:
Figure 0006737346
Figure 0006737346

式7と同様に、チャンバの質量流量制御は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
式21及び他の箇所において、
Figure 0006737346
は、第1のチャンバ及び第2のチャンバの一方に対する質量流量コマンドである。 Similar to Equation 7, the mass flow control of the chamber can be expressed as:
Figure 0006737346
In Equation 21 and elsewhere,
Figure 0006737346
Is the mass flow command for one of the first chamber and the second chamber.

図2Bは、チャンバコントローラ270、272(図2Aに示されている)の一方を設定することができる方法を示す制御ブロックダイアグラムである。この実施形態において、チャンバコントローラは、(i)圧力フィードバックコントローラ290と、(ii)圧力−質量流量コンバータ292と、(iii)入口質量流量−オリフィス面積コンバータ294と、(iv)出口質量流量−オリフィス面積コンバータ296と、(v)入口オリフィス面積−電流コンバータ297と、(vi)出口オリフィス面積−電流コンバータ298とを含む。この実施形態において、圧力フィードバックコントローラ290は、それぞれのチャンバの圧力誤差Pi,errを受け取り、圧力変化率フィードバック(「

Figure 0006737346
」)を生成する。圧力−質量流量コンバータ292は、圧力変化率コマンド(「
Figure 0006737346
」)、チャンバ圧力(「P」)、現在のチャンバ容積(「V」)、及び容積変化率(「
Figure 0006737346
」)を受け取り、入口バルブのための質量流量コマンド(「
Figure 0006737346
」)及び出口バルブのための質量流量コマンド(「
Figure 0006737346
」)を生成する。圧力−質量流量コンバータ292は、本明細書に記載されている式21及び22を使用することができる。 FIG. 2B is a control block diagram showing how one of the chamber controllers 270, 272 (shown in FIG. 2A) can be configured. In this embodiment, the chamber controller comprises (i) a pressure feedback controller 290, (ii) a pressure to mass flow converter 292, (iii) an inlet mass flow to orifice area converter 294, and (iv) an outlet mass flow to orifice. Area converter 296, (v) inlet orifice area-current converter 297, and (vi) outlet orifice area-current converter 298. In this embodiment, the pressure feedback controller 290 receives the pressure error P i,err for each chamber and returns the pressure change rate feedback (“
Figure 0006737346
)) is generated. The pressure-mass flow rate converter 292 uses the pressure change rate command (“
Figure 0006737346
)), chamber pressure (“P i ”), current chamber volume (“V i ”), and volume change rate (“
Figure 0006737346
)) and a mass flow command for the inlet valve ("
Figure 0006737346
)) and the mass flow command for the outlet valve ("
Figure 0006737346
)) is generated. The pressure-to-mass flow converter 292 can use equations 21 and 22 described herein.

入口質量流量−オリフィス面積コンバータ294は、質量流量コマンド(「

Figure 0006737346
」)及びチャンバ圧力(「P」)を受け取り、入口バルブのための入口オリフィス面積コマンド(「ai,cmd+」)を生成する。入口質量流量−オリフィス面積コンバータ294は、本明細書に記載されている式24を使用することができる。ある程度同様に、出口質量流量−オリフィス面積コンバータ296は、質量流量コマンド(「
Figure 0006737346
」)及びチャンバ圧力(「P」)を受け取り、出口バルブのための出口オリフィス面積コマンド(「ai,cmd−」)を生成する。出口質量流量−オリフィス面積コンバータ296は、本明細書に記載されている式25を使用することができる。 The inlet mass flow rate-orifice area converter 294 uses the mass flow rate command ("
Figure 0006737346
)) and chamber pressure ("P i ") and produces an inlet orifice area command ("a i, cmd+ ") for the inlet valve. Inlet mass flow to orifice area converter 294 may use Equation 24 described herein. To some extent, the outlet mass flow-to-orifice area converter 296 uses the mass flow command ("
Figure 0006737346
)) and chamber pressure ("P i ") and produces an exit orifice area command ("a i, cmd- ") for the exit valve. The outlet mass flow rate-orifice area converter 296 can use Equation 25 described herein.

次に、入口オリフィス面積−電流コンバータ297は、入口バルブのための入口電流コマンド(「ui,cmd+」)を生成するために入口オリフィス面積コマンド(「ai,cmd+」)を使用する。入口オリフィス面積−電流コンバータ297は、本明細書に記載されている式27を使用することができる。同様に、出口オリフィス面積−電流コンバータ298は、出口バルブのための出口電流コマンド(「ui,cmd−」)を生成するために出口オリフィス面積コマンド(「ai,cmd−」)を使用する。出口オリフィス面積−電流コンバータ298は、本明細書に記載されている式28を使用することができる。 The inlet orifice area-to-current converter 297 then uses the inlet orifice area command ("a i, cmd+ ") to generate the inlet current command ("u i, cmd+ ") for the inlet valve. The inlet orifice area-to-current converter 297 can use Equation 27 described herein. Similarly, the outlet orifice area - current converter 298 uses the outlet current command for the outlet valve ( "u i, cmd-") exit orifice area command to generate a ( "a i, cmd-") .. The outlet orifice area-to-current converter 298 can use Equation 28 described herein.

図3は、ピストンチャンバ334iの1つ及びバルブサブアセンブリ338iの1つの簡略図である。図3に示すように、この実施形態において、チャンバ334iへの/からのチャンバ質量流量は、入口バルブ338ii及び出口バルブ338ioによって制御される。この実施形態において、圧力源346は、Psourceと呼ばれる圧力で加圧ピストン流体340を入口バルブ338iiの入口に供給する。さらに、出口バルブ338ioの出口の圧力はPdrainである。式21のチャンバ質量流量制御は、以下のように書き直すことができる。

Figure 0006737346
式22及び他の箇所において、
Figure 0006737346
は、選択されたチャンバ334iに対する入口バルブ338iiのための質量流量コマンドであり、
Figure 0006737346
は、選択されたチャンバ334iに対する出口バルブ338ioのための質量流量コマンドである。本明細書に記載されているように、特定の実施形態において、チャンバ334iへの質量流量を増加させる(
Figure 0006737346
)ことが望ましい場合、出口バルブ338ioは閉鎖され(
Figure 0006737346
)、入口バルブ338iiの質量流量コマンドと等しくなるように設定される質量流量コマンドが、質量流量コマンドに設定される(
Figure 0006737346
)。同様に、特定の実施形態において、チャンバ334iからの質量流量を増加させる(
Figure 0006737346
)ことが望ましい場合、入口バルブ338iiは閉鎖され(
Figure 0006737346
)、出口バルブ338ioの質量流量コマンドと等しくなるように設定される質量流量コマンドが、質量流量コマンドに設定される(
Figure 0006737346
)。 FIG. 3 is a simplified diagram of one of the piston chambers 334i and one of the valve subassemblies 338i. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the chamber mass flow to/from the chamber 334i is controlled by an inlet valve 338ii and an outlet valve 338io. In this embodiment, pressure source 346 supplies pressurized piston fluid 340 to the inlet of inlet valve 338ii at a pressure called P source . Further, the pressure at the outlet of the outlet valve 338io is P drain . The chamber mass flow control of Equation 21 can be rewritten as:
Figure 0006737346
In Equation 22 and elsewhere,
Figure 0006737346
Is the mass flow command for the inlet valve 338ii for the selected chamber 334i,
Figure 0006737346
Is the mass flow command for the outlet valve 338io for the selected chamber 334i. In certain embodiments, increasing the mass flow rate to chamber 334i (as described herein).
Figure 0006737346
) Is desired, the outlet valve 338io is closed (
Figure 0006737346
), the mass flow command set to be equal to the mass flow command of the inlet valve 338ii is set to the mass flow command (
Figure 0006737346
). Similarly, in certain embodiments, increasing the mass flow rate from chamber 334i (
Figure 0006737346
) Is desired, the inlet valve 338ii is closed (
Figure 0006737346
), a mass flow command that is set equal to the mass flow command of the outlet valve 338io is set to the mass flow command (
Figure 0006737346
).

バルブ流量式は、以下のように書くことができる。

Figure 0006737346
式23及び他の箇所において、aは、開放されているバルブオリフィスの面積であり、数学的関数であり、Pupstreamは、バルブオリフィスの上流の圧力であり、Pdownstreamは、バルブオリフィスの下流の圧力である。したがって、質量流量は、開放されているバルブオリフィスの面積に、上流圧力及び下流圧力の関数を掛けたものと等しい。 The valve flow formula can be written as:
Figure 0006737346
In Equation 23 and elsewhere, a is the area of the open and has a valve orifice, a mathematical function, P upstream is the pressure upstream of the valve orifice, P downstream is the downstream of the valve orifice It is pressure. Thus, the mass flow rate is equal to the open valve orifice area times a function of upstream and downstream pressure.

図4は、開放されているときのバルブのバルブオリフィスに類似するオリフィス402を含むパイプ400の簡略図である。この例では、上流圧力及び下流圧力にラベルが付けられており、オリフィス402はオリフィス面積を有する。図3及び図4を参照すると、式23は、以下のバルブオリフィス面積コマンドとして書き直すことができる。

Figure 0006737346
Figure 0006737346
これらの式及び他の箇所において、ai,cmd+は、選択されたチャンバ334iの入口バルブ338iiのためのバルブオリフィスコマンドであり、ai,cmd−は、選択されたチャンバ334iに対する出口バルブ338ioのためのバルブオリフィスコマンドである。 FIG. 4 is a simplified diagram of a pipe 400 that includes an orifice 402 similar to the valve orifice of a valve when opened. In this example, the upstream pressure and the downstream pressure are labeled and the orifice 402 has an orifice area. Referring to FIGS. 3 and 4, Equation 23 can be rewritten as the valve orifice area command below.
Figure 0006737346
Figure 0006737346
In these equations and elsewhere, a i,cmd+ is the valve orifice command for the inlet valve 338ii of the selected chamber 334i, and a i,cmd− is the outlet valve 338io of the selected chamber 334i. Valve orifice command for.

バルブ面積式は、以下のように書くことができる。

Figure 0006737346
式26において、aは、バルブオリフィス面積であり、Aは、バルブ面積式であり、uは、バルブ電流である。バルブ面積式については、以下でより詳細に説明する。 The valve area formula can be written as:
Figure 0006737346
In Equation 26, a is the valve orifice area, A is the valve area expression, and u is the valve current. The valve area formula will be described in more detail below.

式26は、以下のようにバルブ電流コマンドとして書き直すことができる。

Figure 0006737346
Figure 0006737346
式27及び28並びに他の箇所において、ui,cmd+は、入口バルブへのバルブ電流コマンドであり、
Figure 0006737346
は、入口バルブのバルブ面積式の逆数であり、ai,cmd+は、入口バルブのバルブオリフィス面積であり、ui,cmd−出口バルブへのバルブ電流コマンドであり、
Figure 0006737346
は、出口バルブのバルブ面積式の逆数であり、ai,cmd−は、出口バルブのバルブオリフィス面積である。 Equation 26 can be rewritten as a valve current command as follows:
Figure 0006737346
Figure 0006737346
In equations 27 and 28 and elsewhere, u i,cmd+ is the valve current command to the inlet valve,
Figure 0006737346
Is the inverse of the valve area type inlet valve, a i, cmd + is a valve orifice area of the inlet valve, u i, cmd- is valve current command to the outlet valve,
Figure 0006737346
Is the reciprocal of the valve area formula of the outlet valve, and a i,cmd− is the valve orifice area of the outlet valve.

式24及び25は、より一般的に以下のように書くことができる。

Figure 0006737346
亜音速流の場合、下流圧力で割った上流圧力は、シータ(「θ」)以下であり(
Figure 0006737346
)、したがって、
Figure 0006737346
(式30)である。
超音速流の場合、下流圧力で割った上流圧力は、シータ(「θ」)よりも大きく(
Figure 0006737346
)、したがって、以下である。
Figure 0006737346
これらの式において、
Figure 0006737346

Figure 0006737346
、及び
Figure 0006737346
であるが、ただし、cは、排出係数であり、Mは、気体の分子質量であり、Zは、気体圧縮率因子であり、kは、比熱比であり、Rは、普遍的な気体法則定数であり、Tは、温度である。 Equations 24 and 25 can be written more generally as:
Figure 0006737346
For subsonic flow, the upstream pressure divided by the downstream pressure is less than theta (“θ”) (
Figure 0006737346
), therefore
Figure 0006737346
(Equation 30)
For supersonic flow, the upstream pressure divided by the downstream pressure is greater than theta (“θ”) (
Figure 0006737346
), therefore:
Figure 0006737346
In these equations,
Figure 0006737346
,
Figure 0006737346
,as well as
Figure 0006737346
Where c is the emission coefficient, M m is the molecular mass of the gas, Z is the gas compressibility factor, k is the specific heat ratio, and R is the universal gas. Is a law constant and T is temperature.

図5Aは、図1のバルブ38C、38D、38E、38Fの1つとして使用することができるバルブ538の非排他的な一例の簡略断面図である。この実施形態において、バルブ538は、バルブハウジング539Aと、可動バルブ本体539Bと、入口導管539Cと、出口導管539Dと、バルブ本体539Bを入口導管539Cに付勢する弾性部材539E(例えば、ばね)と、ソレノイド539Fとを含むポペットタイプのバルブである。 5A is a simplified cross-sectional view of a non-exclusive example of valve 538 that may be used as one of valves 38C, 38D, 38E, 38F of FIG. In this embodiment, the valve 538 includes a valve housing 539A, a movable valve body 539B, an inlet conduit 539C, an outlet conduit 539D, and an elastic member 539E (eg, a spring) that biases the valve body 539B toward the inlet conduit 539C. , A solenoid 539F, and a poppet type valve.

この簡略な例では、バルブハウジング538Aはある程度円筒状であり、バルブ本体539Bは円盤状であり、導管539C、539Dは管状である。さらに、図5Aでは、制御システム(図5Aには図示せず)がソレノイド539Fに電流を流していないときに閉位置にあるバルブ538が示されている。その結果、弾性部材539Eは、バルブ538を閉鎖するようにバルブ本体539Bを入口導管539Cの頂部に付勢する。 In this simple example, the valve housing 538A is somewhat cylindrical, the valve body 539B is disk-shaped, and the conduits 539C, 539D are tubular. Further, in FIG. 5A, valve 538 is shown in the closed position when the control system (not shown in FIG. 5A) is not energizing solenoid 539F. As a result, elastic member 539E biases valve body 539B toward the top of inlet conduit 539C to close valve 538.

ソレノイド539Fに電流が流されていないとき、ばね予荷重力が上流圧力と下流圧力との圧力差によって発生する力よりも大きい限り、バルブは閉鎖されたままであることに留意されたい。 Note that when the solenoid 539F is not energized, the valve remains closed as long as the spring preload force is greater than the force generated by the pressure differential between the upstream pressure and the downstream pressure.

図5Bは、バルブ538が開位置にある状態の図5Aのバルブ538の簡略断面図である。このとき、制御システム(図5Bには図示せず)は、ソレノイド539Fに電流を流している。ソレノイドに電流が流されると、これにより、バルブ本体539Bを入口導管539Cの頂部から上方に付勢する(引き寄せる)ソレノイド力Fsolenoidが発生する。一般的に、ソレノイド力の大きさは電流に比例する。十分な電流がソレノイド539Fに流されると、弾性部材539Fのばね予荷重力に打ち勝ち、バルブ本体539Bは、入口導管539Cの頂部から離され、バルブ538は開放される。さらに、電流の量は、バルブ538がどの程度開放されるかを決定する。一般に、バルブ開度の大きさは、電流が増加するにつれて増大する。 5B is a simplified cross-sectional view of valve 538 of FIG. 5A with valve 538 in the open position. At this time, the control system (not shown in FIG. 5B) is supplying current to the solenoid 539F. When a current is applied to the solenoid, this produces a solenoid force F solenoid that biases (pulls) the valve body 539B upward from the top of the inlet conduit 539C. Generally, the magnitude of the solenoid force is proportional to the current. When sufficient current is applied to the solenoid 539F, the spring preload force of the elastic member 539F is overcome, the valve body 539B is separated from the top of the inlet conduit 539C and the valve 538 is opened. Further, the amount of current determines how much valve 538 is opened. Generally, the magnitude of the valve opening increases as the current increases.

図5Bに示すように、バルブ本体539Bが閉位置から開位置に移動した量を「y」と呼ぶ。 As shown in FIG. 5B, the amount by which the valve body 539B has moved from the closed position to the open position is referred to as “y”.

図5Cは、入口導管539Cが取り除かれ、ソレノイド539Fが作動されておらず、導管539D内に圧力がない状態の図5Aのバルブ538の簡略断面図である。このとき、弾性部材539Eは、バルブ本体539Bを予荷重距離yだけ下方に付勢する。閉位置にあるバルブ本体539Bが、参照のために破線で示されている。入口導管539Cが(図5Aに示すように)定位置にあるとき、弾性部材539Eは、弾性部材539Eのばね定数kに予荷重距離yを乗じたものと等しいばね予荷重力を加える。 FIG. 5C is a simplified cross-sectional view of valve 538 of FIG. 5A with inlet conduit 539C removed and solenoid 539F not activated and pressure in conduit 539D . At this time, the elastic member 539E is biased downwardly the valve body 539B by preload distance y o. The valve body 539B in the closed position is shown in dashed lines for reference. When inlet conduit 539C (as shown in FIG. 5A) in place, the elastic member 539E is added equal spring preload force and multiplied by the preload distance y o in the spring constant k s of the elastic member 539E.

バルブ538の制御は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
式32及び他の箇所において、Mは、バルブ本体539Bの質量であり、
Figure 0006737346
は、バルブ本体539Bの加速度であり、Cは、ばね摩擦によって発生する減衰であり、
Figure 0006737346
は、バルブ本体539Bの速度であり、kは、弾性部材539Eのばね定数であり、yは、予荷重距離であり、kは、ソレノイド力定数であり、uは、ソレノイドに送られる電流コマンドであり、rは、入口導管539Cの頂部の半径であり、デルタ圧力は、上流圧力と下流圧力の差である(ΔP=P−P)。 The control of valve 538 can be expressed as:
Figure 0006737346
In Equation 32 and elsewhere, M v is the mass of the valve body 539B,
Figure 0006737346
Is the acceleration of the valve body 539B, C v is the damping caused by spring friction,
Figure 0006737346
Is the velocity of the valve body 539B, k s is the spring constant of the elastic member 539E, y o is the preload distance, k f is a solenoid force constant, u is sent to the solenoid Is the current command, r is the radius of the top of the inlet conduit 539C, and Delta pressure is the difference between the upstream pressure and the downstream pressure (ΔP=P u −P d ).

図5A〜図5Cに示されているバルブ538の有効オリフィス面積「a」は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
Figure 0006737346
式33及び34並びに他の箇所において、Aは、バルブ面積式であり、A−1は、バルブ面積式の逆数である。 The effective orifice area “a” of the valve 538 shown in FIGS. 5A-5C can be expressed as:
Figure 0006737346
Figure 0006737346
In equations 33 and 34 and elsewhere, A is the valve area equation and A −1 is the reciprocal of the valve area equation.

ばね予荷重力に打ち勝つために必要な不感帯電流(dead−zone current)uは、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
The dead-zone current u o required to overcome the spring preload force can be expressed as:
Figure 0006737346

図5A〜図5Cに示されているバルブ538では、漏れのない最大許容圧力差ΔPmaxは、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
For valve 538 shown in FIGS. 5A-5C, the maximum leak-free allowable pressure difference ΔP max can be expressed as:
Figure 0006737346

図5A〜図5Cに示されているバルブ538では、静的制御電流は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
For the valve 538 shown in FIGS. 5A-5C, the static control current can be expressed as:
Figure 0006737346

上記のように、流体アクチュエータアセンブリ24を正確に制御するためには、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々に固有の非線形性を測定することが重要である。特定の実施形態において、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々のバルブ特性を特定するために、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々は分解されない。その代わりに、バルブアセンブリ24の物理的なバルブ38C、38D、38E、38Fの各々は、それぞれのバルブ特性を測定するために試験される。例えば、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々に関して、流量が、様々な入口/出口圧力差と共に様々なバルブ電流コマンドを用いて測定される。その後、バルブ38C、38D、38E、38Fの各々に関して、流量式(式24〜31を参照)を使用して流量情報から有効オリフィス面積を計算することができる。 As mentioned above, in order to accurately control the fluid actuator assembly 24, it is important to measure the non-linearity inherent in each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F. In certain embodiments, each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F is not disassembled to identify the valve characteristics of each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F. Instead, each of the physical valves 38C, 38D, 38E, 38F of valve assembly 24 are tested to measure their respective valve characteristics. For example, for each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F, the flow rate is measured using different valve current commands with different inlet/outlet pressure differentials. Then, for each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F, the effective orifice area can be calculated from the flow rate information using a flow rate equation (see Equations 24-31).

図6Aは、様々なデルタ圧力(「ΔP」)に関してバルブ有効オリフィス面積対電流コマンドを示すグラフである。このグラフは、様々なデルタ圧力でポペットバルブを実験的に試験することによって作成した。例えば、350kPaのデルタ圧力を維持しながら、流量を、ソレノイドへの複数の異なる電流コマンドで測定した。その後、測定された各流量に関して有効オリフィス面積を計算して小さな四角い枠として図6Aにプロットした。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線600Aを生成した。線600Aは、350kPaのデルタ圧力に関する、バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。 FIG. 6A is a graph showing valve effective orifice area versus current command for various delta pressures (“ΔP”). This graph was created by experimentally testing poppet valves at various delta pressures. For example, the flow rate was measured with several different current commands to the solenoid while maintaining a delta pressure of 350 kPa. The effective orifice area was then calculated for each measured flow rate and plotted in Figure 6A as a small square frame. The curve fit of these data points then produced line 600A. Line 600A represents the valve orifice area versus current command for a delta pressure of 350 kPa.

次に、300kPaのデルタ圧力を維持しながら、流量を、ソレノイドへの複数の異なる電流コマンドで測定した。その後、測定された各流量に関して有効オリフィス面積を計算して小さい円として図6Aにプロットした。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線602Aを生成した。線602Aは、300kPaのデルタ圧力に関する、バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。 The flow rate was then measured with multiple different current commands to the solenoid while maintaining a delta pressure of 300 kPa. The effective orifice area was then calculated for each measured flow rate and plotted as a small circle in Figure 6A. Curve fit of these data points then produced line 602A. Line 602A represents valve orifice area versus current command for a delta pressure of 300 kPa.

同様に、250kPaのデルタ圧力を維持しながら、流量を、ソレノイドへの複数の異なる電流コマンドで測定した。その後、測定された各流量に関して有効オリフィス面積を計算して小さい「x」として図6Aにプロットした。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線604Aを生成した。線604Aは、250kPaのデルタ圧力に関する、バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。 Similarly, the flow rate was measured with different current commands to the solenoid while maintaining a delta pressure of 250 kPa. The effective orifice area was then calculated for each measured flow rate and plotted in Figure 6A as a small "x". Curve fit of these data points then produced line 604A. Line 604A represents the valve orifice area versus current command for a delta pressure of 250 kPa.

さらに、200kPaのデルタ圧力を維持しながら、流量を、ソレノイドへの複数の異なる電流コマンドで測定した。その後、測定された各流量に関して有効オリフィス面積を計算して小さい「z」として図6Aにプロットした。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線606Aを生成した。線606Aは、200kPaのデルタ圧力に関する、バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。 In addition, the flow rate was measured with several different current commands to the solenoid while maintaining a delta pressure of 200 kPa. The effective orifice area was then calculated for each measured flow rate and plotted in Figure 6A as a small "z". Curve fit of these data points then produced line 606A. Line 606A represents the valve orifice area versus current command for a delta pressure of 200 kPa.

さらに、150kPaのデルタ圧力を維持しながら、流量を、ソレノイドへの複数の異なる電流コマンドで測定した。その後、測定された各流量に関して有効オリフィス面積を計算して小さい三角形として図6Aにプロットした。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線608Aを生成した。線608Aは、150kPaのデルタ圧力に関する、バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。 In addition, the flow rate was measured with multiple different current commands to the solenoid while maintaining a delta pressure of 150 kPa. The effective orifice area was then calculated for each measured flow rate and plotted in Figure 6A as a small triangle. The curve fit of these data points then produced line 608A. Line 608A represents the valve orifice area versus current command for a delta pressure of 150 kPa.

追加的に、100kPaのデルタ圧力を維持しながら、流量を、ソレノイドへの複数の異なる電流コマンドで測定した。その後、測定された各流量に関して有効オリフィス面積を計算して小さい「+」として図6Aにプロットした。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線610Aを生成した。線610Aは、100kPaのデルタ圧力に関する、バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。 Additionally, the flow rate was measured with several different current commands to the solenoid while maintaining a delta pressure of 100 kPa. The effective orifice area was then calculated for each measured flow rate and plotted in Figure 6A as a small "+". A curve fit of these data points then produced line 610A. Line 610A represents the valve orifice area versus current command for a delta pressure of 100 kPa.

最後に、50kPaのデルタ圧力を維持しながら、流量を、ソレノイドへの複数の異なる電流コマンドで測定した。その後、測定された各流量に関して有効オリフィス面積を計算して「D」として図6Aにプロットした。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線612を生成した。線612は、50kPaのデルタ圧力に関する、バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。 Finally, the flow rate was measured with several different current commands to the solenoid while maintaining a delta pressure of 50 kPa. The effective orifice area was then calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as “D”. Then generate the line 612 A by the curve fit of these data points. Line 612 A represents the valve orifice area versus current command for a delta pressure of 50 kPa.

この例では、このバルブのバルブ特性614は、多くの異なるデルタ圧力に関する、有効バルブオリフィス面積対電流コマンドの関係を表す。代替的に、例えば、バルブ特性614は、(i)多くの異なるデルタ圧力に関する、有効バルブオリフィス面積対電圧の関係、(ii)多くの異なるデルタ圧力に関する、流量対電流コマンドの関係、及び/又は(iii)多くの異なるデルタ圧力に関する、流量対電圧の関係であってもよい。 In this example, the valve characteristic 614 of this valve represents the effective valve orifice area versus current command relationship for many different delta pressures. Alternatively, for example, valve characteristic 614 may include (i) effective valve orifice area versus voltage relationship for many different delta pressures, (ii) flow rate versus current command relationship for many different delta pressures, and/or (Iii) There may be a flow-to-voltage relationship for many different delta pressures.

上記のように、特定の実施形態において、バルブ特性614は、反転バルブ特性616を生成するために反転され、反転バルブ特性616は、その後、そのバルブの制御に使用される。例えば、図6Bに示す反転バルブ特性616を生成するために、図6Aのデータを反転することができる(グラフのX軸とY軸を入れ替えることができる)。 As noted above, in certain embodiments, the valve characteristic 614 is inverted to produce the reversing valve characteristic 616, which is then used to control that valve. For example, the data of FIG. 6A can be inverted (the X and Y axes of the graph can be swapped) to produce the reversal valve characteristic 616 shown in FIG. 6B.

より具体的には、図6Bは、図6Aのグラフの反転である、バルブ電流コマンド対有効オリフィス面積を示すグラフである。この例では、図6Aのデータが、図6Bのデータを生成するために反転される。その後、図6Bの曲線を生成するために曲線適合が使用される。 More specifically, FIG. 6B is a graph showing valve current command versus effective orifice area, which is an inversion of the graph of FIG. 6A. In this example, the data of Figure 6A is inverted to produce the data of Figure 6B. Curve fitting is then used to generate the curve of FIG. 6B.

例えば、350kPaのデルタ圧力では、データを小さな四角い枠として表す。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線600Bを生成した。線600Bは、350kPaのデルタ圧力に関する、バルブ電流コマンドとバルブオリフィス面積との関係を表す。 For example, a delta pressure of 350 kPa represents the data as a small square frame. Thereafter, curve fit of these data points produced line 600B. Line 600B represents the valve current command versus valve orifice area for a delta pressure of 350 kPa.

次に、300kPaのデルタ圧力では、データを小さい円として表す。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線602Bを生成した。線602Bは、300kPaのデルタ圧力に関する、バルブ電流コマンドとバルブオリフィス面積との関係を表す。 Then, for a delta pressure of 300 kPa, the data are represented as small circles. Thereafter, a curve fit of these data points generated line 602B. Line 602B represents the valve current command versus valve orifice area for a delta pressure of 300 kPa.

同様に、250kPaのデルタ圧力では、データを小さい「x」として表す。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線604Bを生成した。線604Bは、250kPaのデルタ圧力に関する、バルブ電流コマンドとバルブオリフィス面積との関係を表す。 Similarly, for a delta pressure of 250 kPa, the data is represented as a small "x". The curve fit of these data points then produced line 604B. Line 604B represents the valve current command versus valve orifice area for a delta pressure of 250 kPa.

さらに、200kPaのデルタ圧力では、データを小さい「z」として表す。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線606Bを生成した。線606Bは、200kPaのデルタ圧力に関する、バルブ電流コマンドとバルブオリフィス面積との関係を表す。 Furthermore, at a delta pressure of 200 kPa, the data is represented as a small "z". The curve fit of these data points then produced line 606B. Line 606B represents the valve current command versus valve orifice area for a delta pressure of 200 kPa.

さらに、150kPaのデルタ圧力では、データを小さい三角形として表す。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線608Bを生成した。線608Bは、150kPaのデルタ圧力に関する、バルブ電流コマンドとバルブオリフィス面積との関係を表す。 Moreover, at a delta pressure of 150 kPa, the data are represented as small triangles. The curve fit of these data points then generated line 608B. Line 608B represents the valve current command versus valve orifice area for a delta pressure of 150 kPa.

追加的に、100kPaのデルタ圧力では、データを小さい「+」として表す。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線610Bを生成した。線610Bは、100kPaのデルタ圧力に関する、バルブ電流コマンドとバルブオリフィス面積との関係を表す。 Additionally, at 100 kPa delta pressure, the data is represented as a small "+". The curve fit of these data points then produced line 610B. Line 610B represents the valve current command versus valve orifice area for a delta pressure of 100 kPa.

最後に、50kPaのデルタ圧力では、データを小さい「D」として表す。その後、これらのデータ点の曲線適合によって線612Bを生成した。線612Bは、50kPaのデルタ圧力に関する、バルブ電流コマンドとバルブオリフィス面積との関係を表す。 Finally, at 50 kPa delta pressure, the data is represented as a small "D". A curve fit of these data points then produced line 612B. Line 612B represents the valve current command versus valve orifice area for a delta pressure of 50 kPa.

図6Bのグラフの反転バルブ特性616のデータは、バルブを正確に制御するために制御システムによって使用され得ることに留意されたい。制御システムは、他のデルタ圧力でバルブを正確に制御するために、補間を利用して、他のデルタ圧力に関してデータを生成することができることにも留意されたい。 Note that the reversal valve characteristic 616 data in the graph of FIG. 6B can be used by the control system to precisely control the valve. It should also be noted that the control system may utilize interpolation to generate data for other delta pressures to precisely control the valve at other delta pressures.

図7A〜図7Dは、図1のバルブ38C、38D、38E、38Fのうちの1つとして使用することができる、様々なバルブ位置にある別のタイプのバルブ738の簡略断面図である。より具体的には、図7Aは、全閉位置にあるスプールタイプのバルブ738の簡略側面図であり、図7Bは、基準閉(開放準備)位置にあるスプールタイプのバルブ738の簡略側面図であり、図7Cは、部分開位置にあるスプールタイプのバルブ738の簡略側面図であり、図7Dは、全開位置にあるスプールタイプのバルブ738の簡略側面図である。 7A-7D are simplified cross-sectional views of another type of valve 738 in various valve positions that may be used as one of the valves 38C, 38D, 38E, 38F of FIG. More specifically, FIG. 7A is a simplified side view of the spool type valve 738 in the fully closed position, and FIG. 7B is a simplified side view of the spool type valve 738 in the reference closed (preparing to open) position. Yes, FIG. 7C is a simplified side view of the spool type valve 738 in the partially open position, and FIG. 7D is a simplified side view of the spool type valve 738 in the fully open position.

この実施形態において、バルブ738は、バルブハウジング739Aと、可動バルブ本体739B(場合によっては「スプール」と呼ばれる)と、入口開口(図示せず)と、出口開口739Dと、バルブ本体739Bを右から左に付勢する弾性部材739E(例えば、ばね)と、バルブ本体739Bを左から右に移動させるソレノイド739Fとを含むスプールタイプのバルブである。 In this embodiment, the valve 738 includes a valve housing 739A, a movable valve body 739B (sometimes referred to as a "spool"), an inlet opening (not shown), an outlet opening 739D, and a valve body 739B from the right. It is a spool type valve including an elastic member 739E (for example, a spring) that urges to the left and a solenoid 739F that moves the valve body 739B from the left to the right.

この簡略な例では、バルブハウジング739Aは、ある程度中空の円筒状であり、バルブ本体739Bは、円盤状であり、開口739Dは、円形状であり、バルブハウジング739Aの対向する両側面に配置され、バルブ本体739Bは、それらの間に配置されている。
In this simple example, the valve housing 739A has a somewhat hollow cylindrical shape, the valve body 739B has a disk shape, and the openings 739D have a circular shape, and are arranged on opposite side surfaces of the valve housing 739A . The valve body 739B is arranged between them.

上流圧力及び下流圧力はバルブ本体739Bと直交するため、デルタ圧力はバルブ738の開閉に影響を及ぼさないことに留意されたい。 Note that the delta pressure does not affect the opening and closing of the valve 738 because the upstream pressure and the downstream pressure are orthogonal to the valve body 739B.

さらに、図7Aでは、制御システム(図7Aには図示せず)がソレノイド739Fに電流を流していないときに全閉位置にあるバルブ738が示されている。このとき、バルブ本体739Bは、入口及び出口739Dの両方を覆ってバルブ738を閉鎖している。 Further, in FIG. 7A, valve 738 is shown in a fully closed position when a control system (not shown in FIG. 7A) is not energizing solenoid 739F. At this time, the valve body 739B covers both the inlet and the outlet 739D and closes the valve 738.

図7Bは、開放される直前のバルブ738が基準位置にある状態の図7Aのバルブ738の簡略断面図である。このとき、制御システム(図7Bには図示せず)は、ソレノイド739Fに電流を流している。ソレノイドに電流が流されると、これにより、バルブ本体739Bを、バルブ738を開放する準備が整う基準位置までyだけ付勢するソレノイド力Fsolenoidが発生する。 7B is a simplified cross-sectional view of the valve 738 of FIG. 7A with the valve 738 in the reference position just prior to opening. At this time, the control system (not shown in FIG. 7B) is supplying current to the solenoid 739F. When a current is applied to the solenoid, this produces a solenoid force F solenoid that biases the valve body 739B by y b to a reference position where the valve 738 is ready to open.

図7Cは、バルブ738が部分開位置にある状態の図7Aのバルブ738の簡略断面図である。このとき、制御システム(図7Cには図示せず)は、ソレノイド739Fに電流を流している。ソレノイドに電流が流されると、これにより、バルブ本体739Bを、バルブ738が部分的に開放される位置までyだけ付勢するソレノイド力Fsolenoidが発生する。 7C is a simplified cross-sectional view of valve 738 of FIG. 7A with valve 738 in a partially open position. At this time, the control system (not shown in FIG. 7C) is supplying current to the solenoid 739F. When a current is applied to the solenoid, this produces a solenoid force F solenoid that biases the valve body 739B by y to a position where the valve 738 is partially open.

一般的に、ソレノイド力の大きさは電流に比例する。十分な電流がソレノイド739Fに流されると、弾性部材739Fのばね予荷重力に打ち勝ち、バルブ本体739Bは移動される。さらに、電流の量は、バルブ738がどの程度開放されるかを決定する。一般に、バルブ開度の大きさは、電流が増加するにつれて増大する。 Generally, the magnitude of the solenoid force is proportional to the current. When a sufficient current is applied to the solenoid 739F, the spring preload force of the elastic member 739F is overcome and the valve body 739B is moved. Moreover, the amount of current determines how much the valve 738 is opened. Generally, the magnitude of the valve opening increases as the current increases.

図7Dは、バルブ738が全開位置にある状態の図7Aのバルブ738の簡略断面図である。 7D is a simplified cross-sectional view of the valve 738 of FIG. 7A with the valve 738 in the fully open position.

この実施形態において、図7A〜図7Dに示されているバルブ738のバルブ機械力学は、以下のように表すことができる。

Figure 0006737346
式38及び他の箇所において、Mは、バルブ本体739Bの質量であり、
Figure 0006737346
は、バルブ本体739Bの加速度であり、Cは、ばね摩擦によって発生する減衰であり、
Figure 0006737346
は、バルブ本体739Bの速度であり、kは、弾性部材739Eのばね定数であり、yは、予荷重距離であり、kは、ソレノイド力定数であり、uは、ソレノイドに送られる電流コマンドであり、fpreloadは、弾性部材739Eの予荷重力である。 In this embodiment, the valve mechanics of the valve 738 shown in FIGS. 7A-7D can be expressed as:
Figure 0006737346
In Equation 38 and elsewhere, M v is the mass of the valve body 739B,
Figure 0006737346
Is the acceleration of the valve body 739B, C v is the damping caused by spring friction,
Figure 0006737346
Is the velocity of the valve body 739B, k s is the spring constant of the elastic member 739E, y o is the preload distance, k f is a solenoid force constant, u is sent to the solenoid Is a current command and f preload is the preload force of the elastic member 739E.

図7Eは、有効オリフィス面積の説明を助ける、出口739D及び部分開位置にあるバルブ本体739Bの簡略図である。この例では、x=y+yである。さらに、このタイプのバルブ738の有効オリフィス面積Aeffは、以下のように計算することができる。

Figure 0006737346
Figure 0006737346
FIG. 7E is a simplified diagram of outlet 739D and valve body 739B in a partially open position to help explain effective orifice area. In this example, x= yo +y. Further, the effective orifice area A eff for this type of valve 738 can be calculated as:
Figure 0006737346
Figure 0006737346

図8Aは、図7A〜図7Dに示されているバルブに関して上記の式を使用して計算された、正規化された有効オリフィス面積対正規化されたスプール位置を示すグラフである。この例では、このバルブのバルブ特性814は、正規化された有効オリフィス面積対正規化されたスプール位置の関係を表す。 FIG. 8A is a graph showing normalized effective orifice area vs. normalized spool position calculated using the above equation for the valve shown in FIGS. 7A-7D. In this example, the valve characteristic 814 of this valve represents the normalized effective orifice area versus normalized spool position relationship.

上記のように、特定の実施形態において、バルブ特性814は、図8Bに示す反転バルブ特性816を生成するために反転され、反転バルブ特性816は、その後、そのバルブの制御に使用される。例えば、スプール位置対正規化された有効オリフィス面積をプロットした図8Bに示されている反転バルブ特性816を生成するために、図8Aのデータを反転することができる(グラフのX軸とY軸を入れ替えることができる)。 As noted above, in certain embodiments, the valve characteristic 814 is inverted to produce the reversing valve characteristic 816 shown in FIG. 8B, which reversal valve characteristic 816 is then used to control that valve. For example, the data of FIG. 8A can be inverted (the X and Y axes of the graph to produce the reversal valve characteristic 816 shown in FIG. 8B, which plots spool position versus normalized effective orifice area. Can be replaced).

特定のバルブ(例えば、スプールバルブ)は、バックラッシュのようなヒステリシスを有する。これらのバルブでは、同じ電流コマンドの場合でも以前のコマンド履歴に応じてスプール位置が異なり得る。 Certain valves (eg, spool valves) have backlash-like hysteresis. In these valves, the spool position may be different depending on the previous command history even for the same current command.

図9Aは、スプールバルブの試験結果を示すグラフである。図9Aにおいて、グラフは、スプール位置対電圧を示す。さらに、図9Bは、スプールバルブのシミュレーション結果を示すグラフである。図9Bにおいて、グラフは、スプール位置対電流を示す。これらの図は、同じ電流コマンド(又は電圧コマンド)の場合でも以前のコマンド履歴に応じてスプール位置が異なり得ることを示す。例えば、図9Aを参照すると、同じコマンド(例えば、5ボルト)の場合でも以前のコマンドに応じてスプール位置は異なる。同様に、図9Bを参照すると、同じコマンド(例えば、0.5アンペア)の場合でも以前のコマンドに応じてスプール位置は異なる。 FIG. 9A is a graph showing the test results of the spool valve. In FIG. 9A, the graph shows spool position versus voltage. Further, FIG. 9B is a graph showing the simulation result of the spool valve. In FIG. 9B, the graph shows spool position versus current. These figures show that even for the same current command (or voltage command), the spool position may be different depending on the previous command history. For example, referring to FIG. 9A, the spool position will be different depending on the previous command even for the same command (eg, 5 volts). Similarly, referring to FIG. 9B, the spool position will be different depending on the previous command even for the same command (eg, 0.5 amps).

本明細書に記載されているように、図9Aを参照すると、このバルブの別のバルブ特性914が、スプール位置対電圧の関係によって表されている。このバルブのさらに別のバルブ特性915は、図9Bを参照すると、スプール位置対電流の関係によって表されている。したがって、本明細書に記載されているように、スプールバルブ非線形性(バックラッシュ及び有効オリフィス形状)を較正しモデリングすることができる。その後、スプールバルブを線形化するために、それらの逆関数を制御ソフトウェアに適用することができる。 As described herein, referring to FIG. 9A, another valve characteristic 914 of this valve is represented by the spool position versus voltage relationship. Yet another valve characteristic 915 of this valve is represented by the spool position vs. current relationship with reference to FIG. 9B. Therefore, spool valve nonlinearities (backlash and effective orifice geometry) can be calibrated and modeled as described herein. The inverse functions can then be applied to the control software to linearize the spool valve.

バルブのバックラッシュを計算するために利用される方法は変更することができる。一実施形態において、較正は、バルブ本体の位置を監視しながら、電流(又は電圧)コマンドをゼロから最大まで徐々に増加させ、次にそれをゼロまで徐々に減少させることによって行うことができる。電流(又は電圧)コマンド対スプール位置のデータは、その後、補償マップとして使用される。 The method used to calculate the valve backlash can vary. In one embodiment, the calibration can be done by gradually increasing the current (or voltage) command from zero to a maximum and then gradually decreasing it to zero while monitoring the position of the valve body. The current (or voltage) command versus spool position data is then used as a compensation map.

特定の実施形態において、バルブの基準位置yは、バックラッシュを較正しながら決定することができる。基準位置は、オリフィスが開放され始める時点を測定するために電流コマンドをわずかに増加させながらバルブの出口流量をチェックすることによって決定することができる。 In certain embodiments, the reference position y o of the valve can be determined with calibrated backlash. The reference position can be determined by checking the outlet flow rate of the valve while slightly increasing the current command to measure when the orifice begins to open.

図10Aは、スプールバルブの2つのバルブ特性を示す。より具体的には、図10Aは、(i)第1のバルブ特性1014、例えば、正規化された有効オリフィス面積対正規化されたスプール位置を示すグラフと、(ii)第2のバルブ特性1015、例えば、スプール位置対電流を示すグラフとを含む。グラフ1014、1015のデータは、実験的に取得することもできるし、計算することもできる。 FIG. 10A shows two valve characteristics of a spool valve. More specifically, FIG. 10A illustrates (i) a first valve characteristic 1014, eg, a graph showing normalized effective orifice area versus normalized spool position, and (ii) a second valve characteristic 1015. , For example, a graph showing spool position versus current. The data of the graphs 1014 and 1015 can be acquired experimentally or can be calculated.

上記のように、特定の実施形態において、バルブ特性1014、1015は、図10Bに示す反転バルブ特性1016、1017を生成するために反転され、反転バルブ特性1016、1017は、その後、そのバルブの制御に使用される。例えば、正規化されたスプール位置対正規化された有効オリフィス面積をプロットしたグラフ1016を生成するために、グラフ1014のデータは反転される(グラフのX軸とY軸が入れ替えられる)。さらに、電流対スプール位置をプロットしたグラフ1017を生成するために、グラフ1015のデータは反転される(グラフのX軸とY軸が入れ替えられる)。本明細書に記載されているように、反転バルブ特性1016、1017は、バルブの非線形性にもかかわらず、バルブの有効オリフィス面積を正確に制御するのを助ける。 As described above, in certain embodiments, the valve characteristics 1014, 1015 are inverted to produce the reversal valve characteristics 1016, 1017 shown in FIG. 10B, and the reversal valve characteristics 1016, 1017 then control the valve. Used for. For example, the data in graph 1014 is inverted (the X and Y axes of the graph are swapped) to produce graph 1016 that plots normalized spool position versus normalized effective orifice area. In addition, the data in graph 1015 is inverted (the X and Y axes of the graph are swapped) to produce graph 1017 that plots current versus spool position. As described herein, the reversing valve characteristics 1016, 1017 help to accurately control the effective orifice area of the valve despite the non-linearity of the valve.

反転バルブ特性1016、1017は、ルックアップテーブル、マップ、グラフ、チャート、又は分析もしくは適合モデルの形態であってもよいことに留意されたい。 Note that the reversal valve characteristics 1016, 1017 may be in the form of look-up tables, maps, graphs, charts, or analytical or fitted models.

図11は、本発明に有用な露光装置1170を示す概略図である。露光装置1170は、装置フレーム1172と、照明システム1182(照射装置)と、マスクステージアセンブリ1184と、光学アセンブリ1186(レンズアセンブリ)と、プレートステージアセンブリ1110と、マスクステージアセンブリ1184及びプレートステージアセンブリ1110を制御する制御システム1120とを含む。 FIG. 11 is a schematic diagram showing an exposure apparatus 1170 useful in the present invention. The exposure apparatus 1170 includes an apparatus frame 1172, an illumination system 1182 (irradiation apparatus), a mask stage assembly 1184, an optical assembly 1186 (lens assembly), a plate stage assembly 1110, a mask stage assembly 1184 and a plate stage assembly 1110. Control system 1120 for controlling.

露光装置1170は、液晶表示デバイスのパターン(図示せず)をマスク1188からワーク1122に転写するリソグラフィデバイスとして特に有用である。 The exposure apparatus 1170 is particularly useful as a lithographic device that transfers a pattern (not shown) of a liquid crystal display device from the mask 1188 to the work 1122.

装置フレーム1172は、硬質であり、露光装置1170の構成要素を支持する。装置フレーム1172の設計は、露光装置1170の残りの設計要求に適合するように変更することができる。 The device frame 1172 is rigid and supports the components of the exposure device 1170. The design of the apparatus frame 1172 can be modified to meet the remaining design requirements of the exposure apparatus 1170.

照明システム1182は、照明源1192及び照明光学アセンブリ1194を含む。照明源1192は、光エネルギーのビーム(照射)を放射する。照明光学アセンブリ1194は、照明源1192からの光エネルギーのビームをマスク1188に案内する。ビームは、選択的にマスク1188の異なる部分を照明し、ワーク1122を露光する。 Illumination system 1182 includes an illumination source 1192 and an illumination optics assembly 1194. Illumination source 1192 emits a beam (illumination) of light energy. Illumination optics assembly 1194 directs a beam of light energy from illumination source 1192 to mask 1188. The beam selectively illuminates different portions of mask 1188 to expose work 1122.

光学アセンブリ1186は、マスク1188を通過した光をワーク1122に投射及び/又は集光する。露光装置1170の設計に応じて、光学アセンブリ1186は、マスク1188の照明された像を拡大又は縮小することができる。 The optical assembly 1186 projects and/or focuses the light that has passed through the mask 1188 onto the work 1122. Depending on the design of exposure apparatus 1170, optical assembly 1186 can magnify or reduce the illuminated image of mask 1188.

マスクステージアセンブリ1184は、光学アセンブリ1186及びワーク1122に対してマスク1188を保持し位置決めする。同様に、プレートステージアセンブリ1110は、マスク1188の照明部分の投射像に対してワーク1122を保持し位置決めする。 The mask stage assembly 1184 holds and positions the mask 1188 with respect to the optical assembly 1186 and the work 1122. Similarly, the plate stage assembly 1110 holds and positions the work 1122 with respect to the projected image of the illuminated portion of the mask 1188.

リソグラフィデバイスには多くの異なるタイプがある。例えば、露光装置1170は、マスク1188及びワーク1122を同期して移動させながらパターンをマスク1188からガラスのワーク1122に露光する走査型フォトリソグラフィシステムとして使用することができる。代替的に、露光装置1170は、マスク1188及びワーク1122を固定したままマスク1188を露光するステップアンドリピート型のフォトリソグラフィシステとすることができる。 There are many different types of lithographic devices. For example, the exposure apparatus 1170 can be used as a scanning photolithography system that exposes a pattern from the mask 1188 to the glass work 1122 while moving the mask 1188 and the work 1122 in synchronization. Alternatively, the exposure apparatus 1170 can be a step-and-repeat type photolithography system that exposes the mask 1188 while the mask 1188 and the work 1122 are fixed.

しかしながら、本明細書に記載されている露光装置1170及びステージアセンブリの使用は、液晶表示デバイスの製造用のフォトリソグラフィシステムに限定されない。露光装置1170は、例えば、集積回路パターンをウエハ上に露光する半導体フォトリソグラフィシステム又は薄膜磁気ヘッドを製造するためのフォトリソグラフィシステムとして使用することができる。さらに、本発明は、レンズアセンブリを使用せずにマスクと基板とを近接配置することによってマスクパターンを露光する近接フォトリソグラフィシステムにも適用することができる。追加的に、本明細書に記載されている本発明は、他のフラットパネルディスプレイ処理機器、エレベータ、工作機械、金属切断機械、検査機械、及びディスクドライブを含む他のデバイスで使用することができる。 However, use of the exposure apparatus 1170 and stage assembly described herein is not limited to photolithography systems for the manufacture of liquid crystal display devices. The exposure apparatus 1170 can be used as, for example, a semiconductor photolithography system for exposing an integrated circuit pattern onto a wafer or a photolithography system for manufacturing a thin film magnetic head. Furthermore, the present invention can be applied to a proximity photolithography system that exposes a mask pattern by placing the mask and substrate in proximity without the use of a lens assembly. Additionally, the invention described herein can be used in other devices including flat panel display processing equipment, elevators, machine tools, metal cutting machines, inspection machines, and disk drives. ..

所定の機械的精度、電気的精度、及び光学的精度が維持されるように、添付の特許請求の範囲に記載されている各要素を含む様々なサブシステムを組み立てることによって、上述の実施形態によるフォトリソグラフィシステムを構築することができる。様々な精度を維持するために、組み立ての前後に、すべての光学系は、その光学的精度を達成するように調整される。同様に、すべての機械システム及びすべての電気システムは、それぞれの機械的精度及び電気的精度を達成するように調整される。各サブシステムをフォトリソグラフィシステムに組み立てるプロセスは、各サブシステム間の機械的連結、電気回路配線の接続、及び空気圧配管の接続を含む。もちろん、様々なサブシステムからフォトリソグラフィシステムを組み立てる前に各サブシステムを組み立てるプロセスも存在する。様々なサブシステムを使用してフォトリソグラフィシステムが組み立てられたら、完全なフォトリソグラフィシステムにおいて精度を確実に維持するために全体的な調整が行われる。追加的に、温度及び清浄度が制御されたクリーンルーム内で露光システムを製造することが望ましい。 According to the above-described embodiment, by assembling various subsystems including the elements described in the appended claims so that a predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy are maintained. A photolithography system can be built. In order to maintain varying accuracies, before and after assembly, all optics are adjusted to achieve their optical accuracies. Similarly, all mechanical systems and all electrical systems are adjusted to achieve their respective mechanical and electrical accuracies. The process of assembling each subsystem into a photolithography system includes mechanical connections between each subsystem, electrical circuit wiring connections, and pneumatic tubing connections. Of course, there are also processes to assemble each subsystem before assembling the photolithography system from the various subsystems. Once the photolithography system has been assembled using the various subsystems, global adjustments are made to ensure accuracy in the complete photolithography system. Additionally, it is desirable to manufacture the exposure system in a clean room with controlled temperature and cleanliness.

さらに、デバイスを、図12に概略的に示すプロセスによって、上述のシステムを使用して製造することができる。ステップ1201では、デバイスの機能及び性能特性が設計される。次に、ステップ1202では、前の設計ステップに従って、パターンを有するマスク(レチクル)が設計され、平行ステップ1203では、ガラスプレートが作製される。ステップ1204では、ステップ1202で設計されたマスクパターンが、本発明に従って上述のフォトリソグラフィシステムによってステップ1203のガラスプレート上に露光される。ステップ1205では、フラットパネルディスプレイデバイスが組み立てられ(ダイシングプロセス、ボンディングプロセス、及びパッケージングプロセスを含む)、次いで最後に、ステップ1206でデバイスは検査される。 Further, the device can be manufactured using the system described above by the process schematically shown in FIG. In step 1201, the device functional and performance characteristics are designed. Next, in step 1202, a mask (reticle) having a pattern is designed according to the previous design step, and in parallel step 1203, a glass plate is manufactured. In step 1204, the mask pattern designed in step 1202 is exposed on the glass plate of step 1203 by the photolithography system described above in accordance with the present invention. In step 1205, the flat panel display device is assembled (including dicing process, bonding process, and packaging process), and finally, in step 1206 the device is inspected.

ステージアセンブリ10の多くの異なる実施形態が本明細書に示され説明されているが、任意の1つの実施形態の1つ以上の特徴は、本発明の意図を満たすならば、1つ以上の他の実施形態の1つ以上の特徴と組み合わせることができる。 Although many different embodiments of stage assembly 10 are shown and described herein, one or more features of any one embodiment may be one or more of the other provided that they meet the spirit of the invention. Can be combined with one or more features of the above embodiments.

ステージアセンブリ10の多くの例示的な態様及び実施形態が本明細書で上に示され開示されているが、当業者ならば、これらの特定の修正、置換、追加、及び部分的な組み合わせを認めるであろう。したがって、以下の添付の特許請求の範囲及び以下に提出する請求項は、これらの真の精神及び範囲内にあるすべての修正、置換、追加、及び部分的な組み合わせを含むと解釈されることが意図されており、本明細書に示した構造又は設計の詳細を限定することは意図されていない。 Although many exemplary aspects and embodiments of stage assembly 10 are shown and disclosed herein above, those of ordinary skill in the art will appreciate these specific modifications, substitutions, additions, and subcombinations. Will. Accordingly, the following appended claims and the claims below are to be construed to include all modifications, substitutions, additions, and subcombinations that fall within their true spirit and scope. It is intended and is not intended to limit the details of construction or design shown herein.

Claims (7)

ワークを移動軸に沿って位置決めするためのステージアセンブリであって、
前記ワークに結合するように構成されたステージと、
ピストンチャンバを画定するピストンハウジングと、前記ピストンチャンバ内に配置され、ピストン軸に沿って前記ピストンチャンバに対して移動するピストンと、前記ピストンチャンバへのピストン流体の流れを制御するバルブアセンブリとを含み、前記ステージに結合され、前記ステージを前記移動軸に沿って移動させる流体アクチュエータアセンブリと、
前記ピストンチャンバへの前記ピストン流体の流れを制御する前記バルブアセンブリを制御する制御システムと、を備え、
前記バルブアセンブリは、ハウジングと、前記ハウジング内に形成され前記ハウジング内の前記ピストン流体を前記ピストンチャンバへ流入する出口開口を覆うように設けられた第1の入り口バルブと、前記第1の入り口バルブによる前記出口開口の開閉量を制御する弾性部材と、を有し、
前記制御システムは、前記開閉量を制御するよう前記弾性部材へ送る電流コマンドとバルブ位置との関係である第1の入口バルブ特性の逆関数、および、前記第1の入り口バルブによる前記出口開口へ開口時と閉口時との前記第1の入り口バルブ特性の違いを較正した特性を利用し、前記バルブアセンブリを制御する、前記制御システムと
を備える、ステージアセンブリ。
A stage assembly for positioning a workpiece along a movement axis,
A stage configured to couple to the workpiece,
A piston housing defining a piston chamber; a piston disposed within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along a piston axis; and a valve assembly controlling flow of piston fluid to the piston chamber. A fluid actuator assembly coupled to the stage for moving the stage along the axis of movement ;
And a control system for controlling the valve assembly for controlling the flow of said piston fluid to the piston chamber,
The valve assembly includes a housing, a first inlet valve formed in the housing to cover an outlet opening for allowing the piston fluid in the housing to flow into the piston chamber, and the first inlet valve. An elastic member for controlling the opening/closing amount of the outlet opening by
The control system includes an inverse function of a first inlet valve characteristic, which is a relationship between a current command sent to the elastic member and a valve position to control the opening/closing amount , and the outlet opening by the first inlet valve. A control system that controls the valve assembly by utilizing a characteristic that calibrates a difference in the characteristic of the first inlet valve between an opened state and a closed state .
前記ピストン、前記ピストンの両側にある第1のチャンバと第2のチャンバとに前記ピストンチャンバを分割し、前記バルブアセンブリが、前記第1のチャンバ及び前記第2のチャンバへの前記ピストン流体の流れを制御する、請求項1に記載のステージアセンブリ。 The piston divides the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston, and the valve assembly allows the piston fluid to flow into the first chamber and the second chamber. The stage assembly of claim 1, wherein the stage assembly controls flow. 前記バルブアセンブリ、前記第1のチャンバ及び前記第2のチャンバからの前記ピストン流体の流れを制御する、請求項2に記載のステージアセンブリ。 The valve assembly controls the flow of the piston fluid from the first chamber and the second chamber, the stage assembly according to claim 2. 前記バルブアセンブリ、(i)前記第1のチャンバへの前記ピストン流体の流れを制御する前記第1の入口バルブと、(ii)前記第1のチャンバからの前記ピストン流体の流れを制御する第1の出口バルブと、(iii)前記第2のチャンバへの前記ピストン流体の流れを制御する第2の入口バルブと、(iv)前記第2のチャンバからの前記ピストン流体の流れを制御する第2の出口バルブとを含む、請求項3に記載のステージアセンブリ。 The valve assembly includes (i) the first inlet valve controlling the flow of the piston fluid to the first chamber; and (ii) the first inlet valve controlling the flow of the piston fluid from the first chamber. A first outlet valve, (iii) a second inlet valve controlling the flow of the piston fluid to the second chamber, and (iv) a second inlet valve controlling the flow of the piston fluid from the second chamber. The stage assembly of claim 3, including two outlet valves. 前記第1の出口バルブ、第1の出口バルブ特性を有し、前記第2の入口バルブが、第2の入口バルブ特性を有し、前記第2の出口バルブが、第2の出口バルブ特性を有し、前記制御システムが、前記バルブアセンブリを制御するために前記第1の出口バルブ特性の逆関数、前記第2の入口バルブ特性の逆関数、及び前記第2の出口バルブ特性の逆関数も利用する、請求項4に記載のステージアセンブリ。 The first outlet valve has a first outlet valve characteristic, the second inlet valve has a second inlet valve characteristic, and the second outlet valve has a second outlet valve characteristic. The control system has an inverse function of the first outlet valve characteristic, an inverse function of the second inlet valve characteristic, and an inverse function of the second outlet valve characteristic for controlling the valve assembly. The stage assembly of claim 4, which also utilizes: 照明源と、
前記照明に対して前記ステージを移動させる請求項1〜5の何れか一項に記載のステージアセンブリとを含む露光装置。
An illumination source,
Exposure apparatus comprising a stage assembly according to any one of claims 1-5 for moving the stage with respect to the illumination source.
基板を用意するステップと、
請求項に記載の露光装置を用いて前記基板に像を形成するステップとを含む、デバイスを製造するためのプロセス。
A step of preparing a substrate,
Using an exposure apparatus according to claim 6 and forming an image on the substrate, a process for manufacturing a device.
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