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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(A1)を有し、第1の圧力(P1)にあるピストン流体40で満たされ、第1の温度(T1)にあり、第1の容積(V1)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(A2)を有し、第2の圧力(P2)にあるピストン流体40で満たされ、第2の温度(T2)にあり、第2の容積(V2)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(A1)がチャンバ2の有効ピストン面積(A2)とほぼ等しくなるように設計されている。
The
第1のチャンバ34A内のピストン流体40の第1の圧力(P1)は、ピストン本体36Bに対する第1の力(F1)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(P2)は、ピストン本体36Bに対する第2の力(F2)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(F1)から第2の力(F2)を差し引いたものと等しい(F=F1−F2)。
The first pressure (P 1 ) of the
図1に示す非排他的な設計において、第1の圧力(P1)が第2の圧力(P2)よりも大きい場合、第1の力(F1)は第2の力(F2)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(P1)が第2の圧力(P2)よりも小さい場合、第1の力(F1)は第2の力(F2)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
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(P1)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(P2)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
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
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
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
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
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
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
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
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(F1)を発生させる目的で第1のチャンバ34A内の第1の圧力(P1)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(F2)を発生させる目的で第2のチャンバ34B内の第2の圧力(P2)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
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
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
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
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
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
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(「xd」)(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(「
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
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(「xd」)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(「xd」)、ステージ速度基準(「
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(「
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(「u1」)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(「
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
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
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。
式1は、以下のように書き直すことができる。
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。
気体の状態式は、以下のように表すことができる。
式4は、以下のように書き直すことができる。
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。
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。
第1のチャンバ34Aの第1の容積V1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。
式8は、以下のように書き直すことができる。
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。
式12及び13は、以下のように書き直すことができる。
式14及び15は、以下のように書き直すことができる。
チャンバ圧力制御は、以下のように表すことができる。
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。
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(「
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(「
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-
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。
バルブ流量式は、以下のように書くことができる。
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。
バルブ面積式は、以下のように書くことができる。
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。
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。
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(
For supersonic flow, the upstream pressure divided by the downstream pressure is greater than theta (“θ”) (
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
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
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
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
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
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yo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ksに予荷重距離yo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
バルブ538の制御は、以下のように表すことができる。
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。
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)uoは、以下のように表すことができる。
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。
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。
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
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
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
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
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
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
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
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612Aを生成した。線612A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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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yb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
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
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
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
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。
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=yo+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。
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
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
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
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yo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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
Claims (7)
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 .
前記照明源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.
請求項6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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