KR102214590B1 - Control system for controlling fluid actuators - Google Patents

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Abstract

워크피스 (22) 를 포지셔닝시키기 위한 스테이지 어셈블리 (10) 는 스테이지 (14), 베이스 (12), 유체 액추에이터 어셈블리 (24), 및 제어 시스템 (20) 을 포함한다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 베이스 (12) 에 대하여 이동 축 (30) 을 따라서 스테이지 (14) 를 이동시킨다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는, 피스톤 챔버 (34) 를 정의하는 피스톤 하우징 (32), 피스톤 챔버 (34) 내에 포지셔닝되고 피스톤 축 (36A) 을 따라서 피스톤 챔버 (34) 에 대하여 이동하는 피스톤 (36), 및 피스톤 챔버 (34) 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리 (38) 를 포함한다. 밸브 어셈블리 (38) 는 유입 밸브 특성을 갖는 유입 밸브 (38C) 를 포함한다. 제어 시스템 (20) 은 피스톤 챔버 (34) 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하기 위해 밸브 어셈블리 (38) 를 제어한다. 제어 시스템 (20) 은 밸브 어셈블리 (38) 를 제어하기 위해 유입 밸브 특성의 역을 이용할 수 있다.The stage assembly 10 for positioning the workpiece 22 comprises a stage 14, a base 12, a fluid actuator assembly 24, and a control system 20. The fluid actuator assembly 24 moves the stage 14 along the movement axis 30 relative to the base 12. The fluid actuator assembly 24 comprises a piston housing 32 defining a piston chamber 34, a piston 36 positioned within the piston chamber 34 and moving relative to the piston chamber 34 along the piston axis 36A. , And a valve assembly 38 that controls the flow of the piston fluid into the piston chamber 34. The valve assembly 38 includes an inlet valve 38C having inlet valve characteristics. The control system 20 controls the valve assembly 38 to control the flow of the piston fluid into the piston chamber 34. The control system 20 can use the reverse of the inlet valve characteristics to control the valve assembly 38.

Description

유체 액추에이터를 제어하기 위한 제어 시스템Control system for controlling fluid actuators

관련 출원Related application

이 출원은, 2016년 6월 1일 출원되고 "CONTROL SYSTEM FOR CONTROLLING A FLUID ACTUATOR" 라는 제목의 미국 가 출원 제 62/344,262 호에 대해 우선권을 주장한다. 허용되는 한, 미국 가 출원 제 62/344,262 호의 내용은 참조에 의해 본원에 통합된다.This application claims priority to US Provisional Application No. 62/344,262, filed on June 1, 2016 and entitled "CONTROL SYSTEM FOR CONTROLLING A FLUID ACTUATOR". To the extent permitted, the contents of US Provisional Application No. 62/344,262 are incorporated herein by reference.

노광 장치는 통상적으로 마스크로부터의 이미지들을 LCD 평판 디스플레이 또는 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스 (workpiece) 상으로 전사하기 위해 사용된다. 통상적인 노광 장치는 조명 소스 (illumination source), 마스크를 유지하고 정확하게 포지셔닝시키는 마스크 스테이지 어셈블리, 렌즈 어셈블리, 워크피스를 유지하고 정확하게 포지셔닝시키는 워크피스 스테이지 어셈블리, 및 마스크 및 워크피스의 포지션 및 이동을 모니터링하는 측정 시스템을 포함한다. 마스크 및/또는 워크피스를 정확하게 포지셔닝시키면서도 이들 컴포넌트들을 포지셔닝시키기 위해 사용되는 액추에이터들의 비용을 감소시키고자 하는 끊임 없는 바램이 존재한다.Exposure apparatus is typically used to transfer images from a mask onto a workpiece such as an LCD flat panel display or semiconductor wafer. Typical exposure devices include an illumination source, a mask stage assembly that holds and accurately positions the mask, a lens assembly, a workpiece stage assembly that holds and accurately positions the workpiece, and monitors the position and movement of the mask and workpiece. It includes a measuring system. There is a constant desire to reduce the cost of actuators used to position these components while accurately positioning the mask and/or workpiece.

본 발명은 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝 (positioning) 시키기 위한 스테이지 어셈블리에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 스테이지 어셈블리는 스테이지, 베이스, 유체 액추에이터 어셈블리 (fluid actuator assembly), 및 제어 시스템을 포함한다. 스테이지는 워크피스에 커플링되고 그 워크피스를 유지하도록 구성된다. 유체 액추에이터 어셈블리는 스테이지에 커플링되고 그 스테이지를 베이스에 대하여 이동 축을 따라서 이동시킨다. 유체 액추에이터 어셈블리는 피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징 (housing), 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체 (fluid) 의 유동 (flow) 을 제어하는 밸브 어셈블리를 포함할 수 있다. 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성 (characteristic) 을 갖는 제 1 유입 (inlet) 밸브를 포함한다. 제어 시스템은 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하기 위해 밸브 어셈블리를 제어한다. 특정 실시형태들에서, 제어 시스템은 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 제 1 유입 밸브 특성의 역 (inverse) 을 이용한다.The present invention relates to a stage assembly for positioning a workpiece along an axis of movement. In one embodiment, the stage assembly includes a stage, a base, a fluid actuator assembly, and a control system. The stage is coupled to and configured to hold the workpiece. The fluid actuator assembly is coupled to the stage and moves the stage along an axis of movement relative to the base. The fluid actuator assembly comprises a piston housing defining a piston chamber, a piston positioned within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along the piston axis, and a valve that controls the flow of piston fluid into the piston chamber. May contain assembly. 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 the piston fluid into the piston chamber. In certain embodiments, the control system uses an inverse of the first inlet valve characteristic to control the valve assembly.

하나의 실시형태에서, 피스톤 유체는 가스이고, 본 발명은 공압 제어 애플리케이션으로서 기술된다. 대안적으로, 피스톤 유체는 오일과 같은 액체일 수 있고, 다른 공식들이 이용될 수 있다.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 other formulations may be used.

본원에서 제공된 바와 같이, 제어 시스템은 스테이지를 정확하게 구동하고 포지셔닝시키기 위해 요망되는 포스 (force) 를 발생시키기 위해 피스톤의 각 편의 유체 압력을 정확하게 제어한다. 특정 실시형태들에서, 밸브 어셈블리는 시스템에 내재된 비선형성들을 식별하기 위해 평가된다. 이들 비선형성들은 각 밸브의 밸브 특성들을 포함한다. 밸브 특성들의 비배타적인 예들은 (i) 챔버 체적들과 유체 압력 변화들, (ii) 비례제어 밸브들 (proportional valves) 의 백래시 (backlash) 및 차분 압력 의존성, 및 (iii) 업스트림 (upstream) 및 다운스트림 (downstream) 압력과 연관된 유체 유동 비선형성 (nonlinearity) 을 포함한다. 비선형성들은 테스팅 (testing), 모델링 (modeling), 또는 시뮬레이션 (simulation) 에 의해 식별될 수 있다. 결과적으로, 밸브 특성들은 시스템을 선형화 (linearize) 하고 유체 액추에이터 어셈블리를 정확하게 제어하기 위해 제어 시스템의 제어 루프에서 반전되고 (inverted) 사용된다.As provided herein, the control system accurately controls the fluid pressure on each piece of the piston to generate the desired force to accurately drive and position the stage. In certain embodiments, the valve assembly is evaluated to identify nonlinearities inherent in the system. These nonlinearities include the valve characteristics of each valve. Non-exclusive examples of valve properties include (i) chamber volumes and fluid pressure changes, (ii) backlash and differential pressure dependence of proportional valves, and (iii) upstream and It includes fluid flow nonlinearity associated with downstream pressure. Nonlinearities can be identified by testing, modeling, or simulation. As a result, the valve characteristics are inverted and used in the control loop of the control system to linearize the system and accurately control the fluid actuator assembly.

따라서, 유체 실린더 압력 및 스테이지 궤적 운동에 대한 유체 실린더의 애플리케이션과 연관된 밸브 동역학의 시스템 비선형성 (nonlinearity) 의 문제는 식별된 시스템 동역학 모델들을 제어 설계 내로 통합함으로써 해결되었다.Thus, the problem of system nonlinearity of valve dynamics associated with the application of fluid cylinders to fluid cylinder pressure and stage trajectory motion was solved by incorporating the identified system dynamics models into the control design.

특정 실시형태들에서, 피스톤은 피스톤 챔버를 그 피스톤의 대향 편들 (opposite sides) 에 있는 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리한다. 또한, 밸브 어셈블리는 제 1 챔버 및 제 2 챔버 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체의 유동을 제어한다.In certain embodiments, the piston separates the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston. The valve assembly also controls the flow of the piston fluid into and out of the first and second chambers.

하나의 실시형태에서, 밸브 어셈블리는 (i) 제 1 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 1 유입 밸브; (ii) 제 1 챔버 밖으로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 1 유출 밸브; (iii) 제 2 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 2 유입 밸브; 및 (iv) 제 2 챔버 밖으로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 제 2 유출 밸브를 포함한다. 또한, 제 1 유출 밸브는 제 1 유출 밸브 특성을 가지고; 제 2 유입 밸브는 제 2 유입 밸브 특성을 가지며; 제 2 유출 밸브는 제 2 유출 밸브 특성을 갖는다. 이 실시형태에서, 제어 시스템은 또한, 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 제 1 유출 밸브 특성의 역, 제 2 유입 밸브 특성의 역, 및 제 2 유출 밸브 특성의 역을 이용한다.In one embodiment, the valve assembly comprises: (i) a first inlet valve that controls the flow of the piston fluid into the first chamber; (ii) a first outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the first chamber; (iii) a second inlet valve that controls the flow of the piston fluid into the second chamber; And (iv) a second outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the second chamber. Further, the first outlet valve has a first outlet valve characteristic; The second inlet valve has a second inlet valve characteristic; The second outlet valve has a second outlet valve characteristic. In this embodiment, the control system also uses the reverse of the first outlet valve feature, the reverse of the second inlet valve feature, and the reverse of the second outlet valve feature to control the valve assembly.

하나의 비배타적인 예로서, 제 1 유입 밸브 특성은 제 1 유입 밸브의 실험적 테스팅 (experimental testing) 을 이용하여 결정될 수 있고, 제 1 유출 밸브 특성은 제 1 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정될 수 있으며, 제 2 유입 밸브 특성은 제 2 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정될 수 있고, 제 2 유출 밸브 특성은 제 2 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정될 수 있다.As one non-exclusive example, the first inlet valve characteristic can be determined using experimental testing of the first inlet valve, and the first outlet valve characteristic can be determined using experimental testing of the first outlet valve. In addition, the second inlet valve characteristics may be determined using experimental testing of the second inlet valve, and the second outlet valve characteristics may be determined using experimental testing of the second outlet valve.

본원에서 제공된 바와 같이, 각 밸브 특성은 (i) 밸브에 대한 전류 커맨드 (current command) 와 유효 오리피스 면적 (effective orifice area) 사이의 관계; (ii) 밸브에 대한 전류 커맨드와 밸브 포지션 사이의 관계; 및/또는 (iii) 밸브에 대한 유효 오리피스 면적과 밸브 포지션 사이의 관계일 수 있다.As provided herein, each valve characteristic includes (i) a relationship between the current command and the effective orifice area for the valve; (ii) the relationship between the current command for the valve and the valve position; And/or (iii) the relationship between the effective orifice area for the valve and the valve position.

본 발명은 또한, 노광 장치, 및, 기판을 제공하는 단계 및 그 노광 장치로 기판에 이미지를 형성하는 단계를 포함하는 디바이스를 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다.The present invention also relates to an exposure apparatus, and a process for manufacturing a device comprising providing a substrate and forming an image on the substrate with the exposure apparatus.

본 발명은 또한, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법에 관한 것이다. 하나의 실시형태에서, 이 방법은, (i) 베이스를 제공하는 단계; (ii) 워크피스를 스테이지에 커플링 (coupling) 하는 단계; (iii) 피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징, 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및, 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리로서, 상기 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성을 갖는 제 1 유입 밸브를 포함하는, 상기 밸브 어셈블리를 포함하는 유체 액추에이터 어셈블리로, 이동 축을 따라서 스테이지를 이동시키는 단계; 및, (iv) 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하기 위해 제어 시스템으로 밸브 어셈블리를 제어하는 단계로서, 제어 시스템은 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 제 1 유입 밸브 특성의 역을 이용하는, 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계를 포함한다.The invention also relates to a method for positioning a workpiece along an axis of movement. In one embodiment, the method comprises the steps of: (i) providing a base; (ii) coupling the work piece to the stage; (iii) a piston housing defining a piston chamber, a piston positioned within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along the piston axis, and a valve assembly that controls the flow of the piston fluid into the piston chamber, the valve assembly comprising: a first A fluid actuator assembly comprising the valve assembly, comprising a first inlet valve having inlet valve characteristics, moving the stage along an axis of movement; And, (iv) controlling the valve assembly with a control system to control the flow of the piston fluid into the piston chamber, wherein the control system uses an inverse of the first inlet valve characteristic to control the valve assembly. It includes controlling.

이 발명의 신규한 특징들, 및 본 발명 그 자체는, 그것의 구조 및 그것의 동작 양자에 관해, 유사한 참조 부호들은 유사한 부분들을 가리키는, 첨부하는 설명과 함께 취해진, 첨부 도면들로부터 가장 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 특징들을 갖는 스테이지 어셈블리의 단순화된 측면 도시이다.
도 2a 는 유체 액추에이터 어셈블리를 제어하기 위한 방법을 나타내는 제어 블록도이다.
도 2b 는 챔버 제어기의 제어 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 특징들을 갖는 밸브 서브-어셈블리들 중 하나 및 피스톤 챔버들 중 하나의 단순화된 도시이다.
도 4 는 오리피스를 포함하는 파이프의 단순화된 도시이다.
도 5a 내지 도 5c 는 밸브의 하나의 비배타적인 예의 단순화된 절개도들이다.
도 6a 는 도 5a 내지 도 5c 의 밸브의 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6b 는 도 5a 내지 도 5c 의 밸브의 반전된 밸브 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7d 는 다양한 밸브 포지션들에서의 다른 타입의 밸브의 단순화된 도시들이다.
도 7e 는 부분적으로 개방 포지션에서의 유출구 및 밸브 보디 (body) 의 단순화된 도시이다.
도 8a 는 도 7a 내지 도 7d 에서 도시된 밸브에 대한 계산된, 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션을 나타내는 그래프이다.
도 8b 는 스풀 포지션 대 정규화된 유효 오리피스 면적을 플로팅하는 그래프이다.
도 9a 는 스풀 밸브의 테스트 결과들을 나타내는 그래프이다.
도 9b 는 스풀 밸브의 시뮬레이션된 결과들을 나타내는 그래프이다.
도 10a 는 스풀 밸브의 2 가지 밸브 특성들을 나타낸다.
도 10b 는 2 가지 반전된 밸브 특성들을 나타낸다.
도 11 은 본 발명의 특징들을 갖는 노광 장치의 개략적 도시이다.
도 12 는 본 발명에 따른 디바이스를 제조하기 위한 프로세스를 개괄하는 플로우 차트이다.
The novel features of this invention, and the invention itself, will be best understood from the accompanying drawings, taken in conjunction with the accompanying description, where like reference numerals indicate like parts, both in terms of its structure and its operation. will be.
1 is a simplified side view of a stage assembly having features of the present invention.
2A is a control block diagram illustrating a method for controlling a fluid actuator assembly.
2B is a control block diagram of the chamber controller.
3 is a simplified illustration of one of the piston chambers and one of the valve sub-assemblies with features of the present invention.
4 is a simplified illustration of a pipe including an orifice.
5A-5C are simplified cutaway views of one non-exclusive example of a valve.
6A is a graph showing valve characteristics of the valves of FIGS. 5A to 5C.
6B is a graph showing inverted valve characteristics of the valves of FIGS. 5A to 5C.
7A-7D are simplified illustrations of different types of valves at various valve positions.
7E is a simplified illustration of the valve body and outlet in a partially open position.
8A is a graph showing the calculated, normalized effective orifice area versus normalized spool position for the valve shown in FIGS. 7A-7D.
8B is a graph plotting spool position versus normalized effective orifice area.
9A is a graph showing test results of a spool valve.
9B is a graph showing simulated results of a spool valve.
10A shows two valve characteristics of a spool valve.
10B shows two inverted valve characteristics.
11 is a schematic illustration of an exposure apparatus having features of the present invention.
12 is a flow chart outlining a process for manufacturing a device according to the present invention.

본 발명의 실시형태들은 스테이지를 포함하는 스테이지 어셈블리, 및 그 스테이지를 이동시키는 유체 액추에이터 어셈블리를 제어하는 제어 시스템의 맥락에서 본 명세서에서 기술된다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 (이하, '통상의 기술자' 라 함) 는, 본 발명의 이하의 상세한 설명이 오직 예시적인 것이고, 어떤 방식으로도 제한하는 것으로 의도되지 아니함을 인식할 것이다. 본 발명의 다른 실시형태들은 이 개시물의 혜택을 갖는 이러한 통상의 기술자에게 그 자신들을 쉽게 제안할 것이다. 첨부 도면들에서 예시된 바와 같이 본 발명의 구현들에 대한 참조가 이제 상세하게 이루어질 것이다. 동일 또는 유사한 참조 표시자들은 동일 또는 유사한 부분들을 가리키기 위해서 도면들 전체에 걸쳐서 그리고 이하의 상세한 설명에서 사용될 것이다.Embodiments of the present invention are described herein in the context of a stage assembly comprising a stage, and a control system that controls a fluid actuator assembly that moves the stage. Those of ordinary skill in the art (hereinafter referred to as'common technician') will recognize that the following detailed description of the present invention is illustrative only and is not intended to be limiting in any way. . Other embodiments of the present invention will readily suggest themselves to those skilled in the art who have the benefit of this disclosure. Reference will now be made in detail to implementations of the invention as illustrated in the accompanying drawings. The same or similar reference indicators will be used throughout the drawings and in the detailed description below to indicate the same or similar parts.

명확성을 위해, 본 명세서에서 기술되는 구현들의 일반적인 특징들의 전부가 도시되고 설명되지는 않는다. 물론, 이러한 실제 구현의 전개에서, 애플리케이션 관련된 그리고 비지니스 관련된 제약들의 준수와 같은, 개발자의 특정 목표들을 달성하기 위해 수많은 구현-특정적 결정들이 이루어져야만 하고, 이들 특정 목표들은 구현마다 그리고 개발자마다 변화할 것임을 이해할 것이다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적인 것일 수도 있을 것이지만, 그럼에도 불구하고, 이 개시물의 혜택을 갖는 통상의 기술자에 대해 공학의 일상적인 실시일 것임을 이해할 것이다.For the sake of clarity, not all of the general features of implementations described herein are shown and described. Of course, in the deployment of these actual implementations, numerous implementation-specific decisions must be made to achieve the specific goals of the developer, such as compliance with application-related and business-related constraints, and these specific goals will vary from implementation to implementation and from developer to developer. You will understand Moreover, while this development effort may be complex and time consuming, it will be understood that it will nevertheless be a routine practice of engineering for those skilled in the art having the benefit of this disclosure.

도 1 은 베이스 (12), 스테이지 (14), 스테이지 이동자 (mover) 어셈블리 (16), 측정 시스템 (18), 및 (박스로서 도시된) 제어 시스템 (20) 을 포함하는 스테이지 어셈블리 (10) 의 단순화된 도시이다. 이들 컴포넌트들의 각각의 설계는 스테이지 어셈블리 (10) 의 설계 요건들에 맞도록 변화될 수 있다. 스테이지 어셈블리 (10) 는 제조 및/또는 검사 프로세스 동안 워크피스 (22) (또한 때로는 디바이스로서 지칭됨) 를 정확하게 포지셔닝하기 위해 특히 유용하다.1 shows a stage assembly 10 comprising a base 12, a stage 14, a stage mover assembly 16, a measurement system 18, and a control system 20 (shown as a box). It is a simplified city. The design of each of these components can be varied to suit the design requirements of the stage assembly 10. The stage assembly 10 is particularly useful for accurately positioning the workpiece 22 (also sometimes referred to as a device) during the manufacturing and/or inspection process.

개관으로서, 특정 실시형태들에서, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 제조하기에 비교적 비싸지 않은 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 포함한다. 또한, 본원에서 제공된 고유한 교정 (calibration) 및 식별 (identification) 프로세스 후에, 제어 시스템 (20) 은 워크피스 (22) 를 정확하게 포지셔닝시키기 위해 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 제어할 수 있다. 그 결과로서, 스테이지 어셈블리 (10) 는 제조하기에 덜 비싸고, 워크피스 (22) 는 여전히 요망되는 정확도의 수준으로 포지셔닝된다.As an overview, in certain embodiments, the stage mover assembly 16 includes a fluid actuator assembly 24 that is relatively inexpensive to manufacture. Also, after the unique calibration and identification process provided herein, the control system 20 can control the fluid actuator assembly 24 to accurately position the workpiece 22. As a result, the stage assembly 10 is less expensive to manufacture, and the workpiece 22 is still positioned to the desired level of accuracy.

스테이지 어셈블리 (10) 에 의해 포지셔닝되고 이동되는 워크피스 (22) 의 타입은 변화될 수 있다. 예를 들어, 워크피스 (22) 는 LCD 평판 디스플레이, 반도체 웨이퍼, 또는 마스크일 수 있고, 스테이지 어셈블리 (10) 는 노광 장치의 일부로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 스테이지 어셈블리 (10) 는 제조 및/또는 검사 동안 다른 타입들의 디바이스들을 이동시키기 위해서, 전자 현미경 (미도시) 하에서 디바이스를 이동시키기 위해서, 또는 정밀 측정 동작 (미도시) 동안 디바이스를 이동시키기 위해서 사용될 수 있다.The type of workpiece 22 positioned and moved by the stage assembly 10 can be varied. For example, the workpiece 22 may be an LCD flat panel display, a semiconductor wafer, or a mask, and the stage assembly 10 may 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 a precision measurement operation (not shown). It can be used to move the device while.

본원에 제공된 도면들의 일부는 X 축, Y 축, 및 Z 축을 지정하는 방향 시스템을 포함한다. 방향 시스템은 단지 참조를 위한 것이고 변화될 수 있음을 이해하여야 한다. X 축은 Y 축으로 전환될 수 있고 및/또는 스테이지 어셈블리 (10) 는 회전될 수 있다. 또한, 이들 축들은 대안적으로 제 1, 제 2, 또는 제 3 축으로서 지칭될 수 있다.Some of the drawings provided herein include a directional system designating the X, Y, and Z axes. It should be understood that the orientation system is for reference only and can be varied. The X axis can be switched to the Y axis and/or the stage assembly 10 can be rotated. Also, these axes may alternatively be referred to as a first, second, or third axis.

베이스 (12) 는 스테이지 (14) 를 지지한다. 도 1 에서 예시된 비배타적인 실시형태에서, 베이스 (12) 는 강성이고 일반적으로 직사각형 플레이트 형상이다. 또한, 베이스 (12) 는 베이스 마운트 (mount) (26) 에 단단히 고정될 수 있다. 대안적으로, 베이스 (12) 는 다른 구조에 고정될 수 있다.The base 12 supports the stage 14. In the non-exclusive embodiment illustrated in FIG. 1, the base 12 is rigid and generally rectangular plate-shaped. Also, the base 12 can be firmly fixed to the base mount 26. Alternatively, the base 12 can be fixed to another structure.

스테이지 (14) 는 워크피스 (22) 를 유지한다. 하나의 실시형태에서, 스테이스테이지 (14) 및 워크피스 (22) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위해서 스테이지는 베이스 (12) 에 대하여 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 정밀하게 이동된다. 도 1 에서, 스테이지 (14) 는 일반적으로 직사각형 형상이고, 워크피스 (22) 를 유지하기 위한 디바이스 홀더 (미도시) 를 포함한다. 디바이스 홀더는 진공 척, 정전 척, 또는 워크피스 (22) 를 스테이지 (14) 에 직접 커플링하는 몇몇 다른 타입의 클램프일 수 있다. 본원에서 예시된 실시형태들에서, 스테이지 어셈블리 (10) 는 워크피스 (22) 를 유지하는 단일 스테이지 (14) 를 포함한다. 대안적으로, 예를 들어, 스테이지 어셈블리 (10) 는 독립적으로 이동되고 포지셔닝되는 다수의 스테이지들을 포함하도록 설계될 수 있다. 일 예로서, 스테이지 어셈블리 (10) 는 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 이동되는 조동 스테이지 (coarse stage) (미도시), 및 워크피스 (22) 를 유지하고 정밀 스테이지 이동자 어셈블리 (미도시) 로 조동 스테이지에 대하여 이동되는 미동 스테이지 (fine stage) (미도시) 를 포함할 수 있다.The stage 14 holds the workpiece 22. In one embodiment, the stage is precisely moved by the stage mover assembly 16 relative to the base 12 in order to precisely position the stage 14 and the workpiece 22. In FIG. 1, the stage 14 is generally rectangular in shape and includes a device holder (not shown) for holding the workpiece 22. The device holder may be a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or some other type of clamp that directly couples the workpiece 22 to the stage 14. In the embodiments illustrated herein, the stage assembly 10 includes a single stage 14 that holds the workpiece 22. Alternatively, for example, the stage assembly 10 can be designed to include multiple stages that are independently moved and positioned. As an example, the stage assembly 10 holds a coarse stage (not shown), which is moved by the stage mover assembly 16, and the workpiece 22, and coarse with a precision stage mover assembly (not shown). It may include a fine stage (not shown) that is moved relative to the stage.

추가로, 도 1 에서, 스테이지 (14) 는 베이스 (12) 에 대하여 상대적인 스테이지 (14) 의 이동을 허용하는 베어링 어셈블리 (28) 로 베이스 (12) 에 대하여 지지될 수 있다. 예를 들어, 베어링 어셈블리 (28) 는 롤러 베어링, 유체 베어링, 리니어 베어링, 또는 다른 타입의 베어링일 수 있다.Additionally, in FIG. 1, stage 14 can be supported against base 12 with a bearing assembly 28 that allows movement of stage 14 relative to base 12. For example, the bearing assembly 28 may be a roller bearing, a fluid bearing, a linear bearing, or other type of bearing.

측정 시스템 (18) 은 광학 어셈블리 (도 1 에 미도시) 또는 베이스 (12) 와 같은 레퍼런스 (reference) 에 대한 스테이지 (14) 의 이동 및/또는 포지션을 모니터링하고, 측정 정보를 제어 시스템 (20) 에 제공한다. 이 정보로, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 스테이지 (14) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위하여 제어 시스템 (20) 으로 제어될 수 있다. 측정 시스템 (18) 의 설계는 스테이지 (14) 의 이동 요건들에 따라 변화될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 측정 시스템 (18) 은 Y 축을 따른 스테이지 (14) 의 이동을 모니터링하는 리니어 인코더를 포함할 수 있다. 대안적으로, 측정 시스템 (18) 은 간섭계, 또는 다른 타입의 움직임 또는 포지션 센서를 포함할 수 있다.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 a base 12, and transmits measurement information to the control system 20. To provide. With this information, the stage mover assembly 16 can be controlled with the control system 20 to precisely position the stage 14. The design of the measurement system 18 can be varied depending on the movement requirements of the stage 14. In one embodiment, the measurement system 18 may comprise a linear encoder that monitors the movement of the stage 14 along the Y axis. Alternatively, the measurement system 18 may include an interferometer, or other type of motion or position sensor.

스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 베이스 (12) 에 대하여 스테이지 (14) 를 이동시키도록 제어 시스템 (20) 에 의해 제어된다. 도 1 에서, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 는 단일 이동 축 (30), 예컨대, Y 축을 따라 스테이지 (14) 를 이동시키는 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 포함한다.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.

유체 액추에이터 어셈블리 (24) 의 설계는 본원에서 제공된 교시들에 따라서 변화될 수 있다. 하나의, 비배타적인 실시형태에서, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 (i) 피스톤 챔버 (34) 를 정의하는 피스톤 하우징 (32), 및 피스톤 챔버 (34) 에서 포지셔닝되는 피스톤 (36) 을 포함하는 피스톤 어셈블리 (31); 및 (ii) 피스톤 챔버 (34) 내로의 및 밖으로의 (작은 원들로 도시된) 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리 (38) 를 포함한다. 예를 들어, 피스톤 유체 (40) 는 공기 또는 다른 타입의 유체일 수 있다. 이들 컴포넌트들의 설계는 본원에 제공된 교시에 따라서 변화될 수 있다.The design of the fluid actuator assembly 24 can be varied according to the teachings provided herein. In one, non-exclusive embodiment, the fluid actuator assembly 24 comprises (i) a piston housing 32 defining a piston chamber 34, and a piston 36 positioned in the piston chamber 34. Piston assembly 31; And (ii) a valve assembly 38 that controls the flow of the piston fluid 40 (shown as small circles) into and out of the piston chamber 34. For example, the piston fluid 40 can be air or another type of fluid. The design of these components may vary in accordance with the teachings provided herein.

하나의 실시형태에서, 피스톤 하우징 (32) 은 강성이고, 일반적으로 똑바른, 실린더 형상의 피스톤 챔버 (34) 를 정의한다. 이 실시형태에서, 피스톤 하우징 (32) 은 튜브 형상의 측벽 (32A); 디스크 형상의 제 1 단부 벽 (32B), 및 제 1 단부 벽 (32B) 으로부터 이격된 디스크 형상의 제 2 단부 벽 (32C) 을 포함한다. 하나 또는 양 단부 벽들 (32B, 32C) 은 피스톤 (36) 의 부분을 수용하기 위한 벽 개구 (32D) 를 포함할 수 있다.In one embodiment, the piston housing 32 defines a rigid, generally straight, cylindrical piston chamber 34. In this embodiment, the piston housing 32 comprises a tube-shaped side wall 32A; A disk-shaped first end wall 32B, and a disk-shaped second end wall 32C spaced apart from the first end wall 32B. One or both end walls 32B, 32C may comprise a wall opening 32D for receiving a portion of the piston 36.

피스톤 하우징 (32) 은 피스톤 마운트 (42) 에 단단히 고정될 수 있다. 대안적으로, 피스톤 하우징 (32) 은 베이스 (12) 와 같은 다른 구조에 고정될 수 있다. 또 대안적으로, 피스톤 하우징 (32) 은 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 발생되는 반작용력들을 받기 때문에, 피스톤 하우징 (32) 은 다른 구조들의 포지션 상에서 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 로부터의 반작용력들의 영향을 상쇄하고, 감소시키고 최소화하는 반작용 어셈블리에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 피스톤 하우징 (32) 은, 이동 축 (30) 을 따른 피스톤 하우징 (32) 의 운동을 허용하는 반작용 베어링 (미도시) 으로 카운터매스 (countermass) 지지부 (미도시) 위에 유지되는 큰 카운터매스 (미도시) 에 커플링될 수 있다.The piston housing 32 can be firmly fixed to the piston mount 42. Alternatively, the piston housing 32 can be fixed to another structure such as the base 12. Also alternatively, since the piston housing 32 receives the reaction forces generated by the stage mover assembly 16, the piston housing 32 is affected by the reaction forces from the stage mover assembly 16 on the position of other structures. Can be coupled to a reaction assembly that offsets, reduces and minimizes For example, the piston housing 32 is a large counter held on a countermass support (not shown) with a reaction bearing (not shown) that allows movement of the piston housing 32 along the moving axis 30. It can be coupled to a mass (not shown).

피스톤 (36) 은 피스톤 챔버 (34) 내에 포지셔닝되고, 피스톤 축 (36A) 을 따라 피스톤 챔버 (34) 에 대하여 상대적으로 이동하다. 특정 실시형태들에서, 피스톤 축 (36A) 은 이동 축 (30) 과 동축이다. 도 1 에서 도시된 비배타적인 실시형태에서, 피스톤 (36) 은 (i) 강성의, 디스크 형상의 피스톤 보디 (36B), (ii) 피스톤 보디 (36B) 와 피스톤 하우징 (32) 사이의 영역을 시일링하는 피스톤 시일 (seal) (36C), (iii) 피스톤 보디 (36B) 에 부착되고 피스톤 보디 (36B) 로부터 멀리 외팔보 지지되며 제 1 단부 벽 (32B) 에서의 벽 개구 (32D) 를 통해 연장되는 강성의 제 1 빔 (36D), 및 (iv) 피스톤 보디 (36B) 에 부착되고 피스톤 보디 (36B) 로부터 멀리 외팔보 지지되며 제 2 단부 벽 (32C) 에서의 벽 개구 (32D) 를 통해 연장되는 강성의 제 2 빔 (36E), (iv) 제 1 빔 (36D) 과 제 1 단부 벽 (32B) 사이의 영역을 시일링하는 제 1 빔 시일 (미도시), 및 (v) 제 2 빔 (36E) 과 제 2 단부 벽 (32C) 사이의 영역을 시일링하는 제 2 빔 시일 (미도시) 을 포함한다.The piston 36 is positioned within the piston chamber 34 and moves relative to the piston chamber 34 along the piston axis 36A. In certain embodiments, the piston shaft 36A is coaxial with the moving shaft 30. In the non-exclusive embodiment shown in FIG. 1, the piston 36 defines (i) a rigid, disk-shaped piston body 36B, (ii) the area between the piston body 36B and the piston housing 32. Sealing piston seal (36C), (iii) attached to the piston body (36B) and cantilevered away from the piston body (36B) and extends through the wall opening (32D) at the first end wall (32B) And (iv) a first beam of rigidity (36D) attached to the piston body (36B) and cantilever supported away from the piston body (36B) and extending through the wall opening (32D) in the second end wall (32C). A rigid second beam 36E, (iv) a first beam seal (not shown) sealing the area between the first beam 36D and the first end wall 32B, and (v) a second beam ( 36E) and a second beam seal (not shown) sealing the area between the second end wall 32C.

이 실시형태에서, 제 2 빔 (36E) 은 또한 스테이지 (14) 에 단단히 고정된다. 다른 방식으로 진술하면, 제 2 빔 (36E) 은 피스톤 보디 (36B) 의 이동이 스테이지 (14) 의 이동을 초래하도록 피스톤 보디 (36B) 와 스테이지 (14) 사이에 연장된다. 추가로, 이 실시형태에서, 피스톤 보디 (36B) 의 각 편의 유효 면적이 계산의 용이함을 위해 동일하도록 제 1 빔 (36D) 이 포함된다. 대안적으로, 예를 들어, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 제 1 빔 (36D) 없이 설계될 수 있다. 이러한 대안적인 설계에서, 피스톤 보디 (36B) 의 좌측의 유효 면적은 피스톤 보디 (36B) 의 우측의 유효 면적보다 더 크다.In this embodiment, the second beam 36E is also firmly fixed to the stage 14. Stated another way, the second beam 36E extends between the piston body 36B and the stage 14 so that movement of the piston body 36B results in movement of the stage 14. Additionally, in this embodiment, the first beam 36D is included so that the effective area of each piece of the piston body 36B is the same for ease of calculation. Alternatively, for example, the fluid actuator assembly 24 can be designed without the first beam 36D. In this alternative design, the effective area on the left side of the piston body 36B is larger than the effective area on the right side of the piston body 36B.

피스톤 보디 (36B) 는 피스톤 챔버 (34) 를 피스톤 보디 (36B) 의 대향 편들에 있는 제 1 챔버 (34A) (또한 "챔버 1" 로서 지칭됨) 및 제 2 챔버 (34B) (또한 "챔버 2" 로서 지칭됨) 로 분리한다. 도 1 에서, 제 1 챔버 (34A) 는 피스톤 보디 (36B) 의 좌측에 있고, 제 2 챔버 (34B) 는 피스톤 보디 (36B) 의 우측에 있다. 추가로, 제 1 챔버 (34A) 는 챔버 1 유효 피스톤 면적 (A1) 을 가지고, 제 1 온도 (T1) 에서 제 1 압력 (P1) 에 있는 피스톤 유체 (40) 로 충전 (fill) 되며, 제 1 체적 (V1) 을 갖는다. 유사하게, 제 2 챔버 (34B) 는 챔버 2 유효 피스톤 면적 (A2) 을 가지고, 제 2 온도 (T2) 에서 제 2 압력 (P2) 에 있는 피스톤 유체 (40) 로 충전되며, 제 2 체적 (V2) 을 갖는다. 도 1 에 예시된 비배타적인 예에서, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 챔버 1 유효 피스톤 면적 (A1) 이 챔버 2 유효 피스톤 면적 (A2) 과 대략적으로 동일하도록 설계된다.The piston body 36B connects the piston chamber 34 to a first chamber 34A (also referred to as “chamber 1”) and a second chamber 34B (also referred to as “chamber 2” on opposite sides of the piston body 36B). (Referred to as "). 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. Additionally, the first chamber 34A has a chamber 1 effective piston area A 1 and is filled with a piston fluid 40 at a first pressure P 1 at a first temperature T 1 , Has a first volume (V 1 ). Similarly, the second chamber 34B has a chamber 2 effective piston area A 2 , is filled with a piston fluid 40 at a second pressure P 2 at a second temperature T 2 , and a second It has a volume (V 2 ). In the non-exclusive example illustrated in FIG. 1, the fluid actuator assembly 24 is designed such that the chamber 1 effective piston area A 1 is approximately equal to the chamber 2 effective piston area A 2 .

제 1 챔버 (34A) 의 피스톤 유체 (40) 의 제 1 압력 (P1) 은 피스톤 보디 (36B) 에 대해 제 1 포스 (F1) 를 발생시키고, 제 2 챔버 (34B) 의 피스톤 유체 (40) 의 제 2 압력 (P2) 은 피스톤 보디 (36B) 에 대해 제 2 포스 (F2) 를 발생시킨다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 에 의해 생성된 (화살표에 의해 도시된) 총 포스 (F) (44) 는 제 1 포스 (F1) 마이너스 제 2 포스 (F2) 와 동일하다 (F =Fi - F2).The first pressure P 1 of the piston fluid 40 in the first chamber 34A generates a first force F 1 against the piston body 36B, and the piston fluid 40 in the second chamber 34B A second pressure P 2 of ) generates a second force F 2 against the piston body 36B. The total force (F) 44 (shown by the arrows) generated by the fluid actuator assembly 24 is equal to the first force (F 1 ) minus the second force (F 2 ) (F = Fi-F 2 ).

도 1 에서 예시된 비배타적인 설계에 있어서, 제 1 압력 (P1) 이 제 2 압력 (P2) 보다 더 클 때, 제 1 포스 (F1) 는 제 2 포스 (F2) 보다 더 크고, 총 포스 (F) 는 양의 값이고, 피스톤 보디 (36B) 및 스테이지 (14) 를 좌측에서 우측으로 민다. 반면에, 제 1 압력 (P1) 이 제 2 압력 (P2) 보다 더 작을 때, 제 1 포스 (F1) 는 제 2 포스 (F2) 보다 더 작고, 총 포스 (F) 는 음의 값이고, 피스톤 보디 (36B) 및 스테이지 (14) 를 우측에서 좌측으로 민다.In the non-exclusive design illustrated in FIG. 1, when the first pressure (P 1 ) is greater than the second pressure (P 2 ), the first force (F 1 ) is greater than the second force (F 2 ) , The total force F is a positive value, pushing the piston body 36B and the stage 14 from left to right. On the other hand, when the first pressure (P 1 ) is less than the second pressure (P 2 ), the first force (F 1 ) is smaller than the second force (F 2 ), and the total force (F) is negative Value, and pushes the piston body 36B and stage 14 from right to left.

하나의 실시형태에서, 밸브 어셈블리 (38) 는 각 챔버 (34A, 34B) 에서의 압력을 정확하게 그리고 개별적으로 제어하기 위해 제어 시스템 (20) 에 의해 제어된다. 하나의 비배타적인 실시형태로서, 밸브 어셈블리 (38) 는 (i) 제 1 압력 (P1) 을 정확하게 제어하기 위해 제 1 챔버 (34A) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 1 밸브 서브-어셈블리 (38A); 및 (ii) 제 2 압력 (P2) 을 정확하게 제어하기 위해 제 2 챔버 (34B) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 2 밸브 서브-어셈블리 (38B) 를 포함한다. 이 실시형태에서, 제 1 밸브 서브-어셈블리 (38A) 는 제 1 챔버 (34A) 내로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 1 유입 밸브 (38C), 및 제 1 챔버 (34A) 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 1 유출 밸브 (38D) 를 포함한다. 유사하게, 제 2 밸브 서브-어셈블리 (38B) 는 제 2 챔버 (34B) 내로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 2 유입 밸브 (38E), 및 제 2 챔버 (34B) 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 제어되는 제 2 유출 밸브 (38F) 를 포함한다.In one embodiment, the valve assembly 38 is controlled by the control system 20 to accurately and individually control the pressure in each chamber 34A, 34B. In one non-exclusive embodiment, the valve assembly 38 (i) controls the flow of the piston fluid 40 into and out of the first chamber 34A to accurately control the first pressure P 1 . A first valve sub-assembly 38A that is controlled to operate; And (ii) a second valve sub-assembly 38B controlled to control the flow of the piston fluid 40 into and out of the second chamber 34B to accurately control the second pressure P 2 . Include. In this embodiment, the first valve sub-assembly 38A is a first inlet valve 38C controlled to control the flow of the piston fluid 40 into the first chamber 34A, and the first chamber 34A. ) And a first outlet valve 38D that is controlled to control the flow of the piston fluid 40 out. Similarly, the second valve sub-assembly 38B has a second inlet valve 38E controlled to control the flow of the piston fluid 40 into the second chamber 34B, and out of the second chamber 34B. It comprises a second outlet valve (38F) that is controlled to control the flow of the piston fluid (40).

이 실시형태에서, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 는 가압된 피스톤 유체 (40) 를 유입 밸브들 (38C, 38E) 에 제공하는 하나 이상의 유체 압력 소스들 (46) (2 개가 도시됨) 을 포함할 수 있다. 또한, 유체 압력 소스들 (46) 의 각각은 유체 탱크 (46A), 탱크 (46A) 에서 가압된 피스톤 유체 (40) 를 발생시키는 콤프레서 (46B), 및 유입 밸브들 (38C, 38E) 에 전달되는 피스톤 유체 (40) 의 압력을 제어하는 압력 조정기 (46C) 를 포함할 수 있다. 추가로, 유출 밸브들 (38D, 38F) 은 대기에 또는 진공 챔버와 같은 저 압력 영역에 배출될 수 있다.In this embodiment, the fluid actuator assembly 24 can include one or more fluid pressure sources 46 (two shown) that provide pressurized piston fluid 40 to the inlet valves 38C, 38E. have. In addition, each of the fluid pressure sources 46 is delivered to the fluid tank 46A, the compressor 46B generating the pressurized piston fluid 40 in the tank 46A, and the inlet valves 38C, 38E. It may comprise a pressure regulator (46C) to control the pressure of the piston fluid (40). Additionally, the outlet valves 38D, 38F can be discharged to the atmosphere or to a low pressure region such as a vacuum chamber.

특정 실시형태들에서, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 각각은 이들 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 제어에 영향을 미치는 하나 이상의 밸브 특성들을 포함한다. 예를 들어, (i) 제 1 유입 밸브 (38C) 는 하나 이상의 제 1 유입 밸브 특성들을 가지고; (ii) 제 1 유출 밸브 (38D) 는 하나 이상의 제 1 유출 밸브 특성들을 가지며; (iii) 제 2 유입 밸브 (38E) 는 하나 이상의 제 2 유입 밸브 특성들을 가지고; 및/또는 (iv) 제 2 유출 밸브 (38F) 는 하나 이상의 제 2 유출 밸브 특성들을 갖는다. 하나의 실시형태에서, 각 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 개별 밸브 특성들을 결정하기 위해 개별적으로 테스팅된다. 이러한 설계로, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 개별 밸브 특성들은 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 를 제어하기 위해 이용된다. 대안적으로, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 가 유사하고 유사한 밸브 특성들을 갖는 경우에, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 중 하나가 테스팅될 수 있고, 그 밸브의 밸브 특성들이 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 전부를 제어하기 위해 이용될 수 있다.In certain embodiments, each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F includes one or more valve characteristics that affect the control of these valves 38C, 38D, 38E, 38F. For example, (i) first inlet valve 38C has one or more first inlet valve characteristics; (ii) the first outlet valve 38D has one or more first outlet valve characteristics; (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 valve characteristics. In one embodiment, each valve 38C, 38D, 38E, 38F is individually tested to determine individual valve characteristics of each valve 38C, 38D, 38E, 38F. With this design, the individual valve characteristics of each valve 38C, 38D, 38E, 38F are used to control each valve 38C, 38D, 38E, 38F. Alternatively, if each valve 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 of that valve Properties can be used to control all of the valves 38C, 38D, 38E, 38F.

밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 타입은 변화될 수 있다. 비배타적인 예들로서, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 포핏 ("버섯") 타입 밸브 또는 스풀-타입 밸브와 같은 비례제어 밸브일 수 있다.The types of valves 38C, 38D, 38E, 38F can be varied. As non-exclusive examples, each valve 38C, 38D, 38E, 38F can be a proportional control valve such as a poppet ("mushroom") type valve or a spool-type valve.

밸브 특성들의 타입은 이용되는 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 타입에 따라 변화할 것이다. 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 비배타적인 타입들 및 밸브 특성들의 비배타적인 예들의 커플은 이하에서 자세히 설명된다. 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 은 본원에서 제공된 예들과 상이할 수 있고, 밸브 특성들은 본원에서 제공된 예들과 상이할 수 있음에 유의하여야 한다.The type of valve characteristics will vary depending on the type of valve 38C, 38D, 38E, 38F used. Non-exclusive types of valves 38C, 38D, 38E, 38F and a couple of non-exclusive examples of valve characteristics are described in detail below. It should be noted that the valves 38C, 38D, 38E, 38F may be different from the examples provided herein, and valve characteristics may be different from the examples provided herein.

본원에서 제공된 바와 같이, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 에 대해, 그것의 대응하는 밸브 특성(들)은 실험적 테스팅을 통해서, 시뮬레이션을 통해서, 또는 양자의 조합으로 결정될 수 있다.As provided herein, for each valve 38C, 38D, 38E, 38F, its corresponding valve characteristic(s) can be determined through experimental testing, through simulation, or a combination of both.

제어 시스템 (20) 은 각 챔버 (34A, 34B) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 제어하기 위해 밸브 어셈블리 (38) 를 제어한다. 각 챔버 (34A, 34B) 내로의 그리고 밖으로의 피스톤 유체 (40) 의 유동을 선택적으로 제어함으로써, 밸브 어셈블리 (38) 는 피스톤 보디 (36B) 및 스테이지 (14) 를 정확하게 이동시키는 피스톤 보디 (36B) 에 대한 제어가능한 포스 (44) ("F") 를 발생시키도록 제어될 수 있다.The control system 20 controls the valve assembly 38 to control the flow of the piston fluid 40 into and out of each chamber 34A, 34B. By selectively controlling the flow of the piston fluid 40 into and out of each chamber 34A, 34B, the valve assembly 38 allows the piston body 36B to accurately move the piston body 36B and stage 14. It can be controlled to generate a controllable force 44 ("F") for.

제어 시스템 (20) 은 스테이지 (14) 및 워크피스 (22) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위해서 밸브 어셈블리 (38) 에 전기적으로 접속되고 그 밸브 어셈블리 (38) 로 향하는 전류를 제어한다. 하나의 실시형태에서, 제어 시스템 (20) 은 (i) 스테이지의 포지션 ("x") 을 끊임없이 결정하기 위해서; 그리고 (ii) 스테이지 (14) 를 포지셔닝시키기 위해서 밸브 어셈블리 (38) 에 전류를 보내기 위해서, 측정 시스템 (18) 으로부터의 정보를 이용한다. 제어 시스템 (20) 은 하나 이상의 프로세서들 (20A) 및 전자적 데이터 스토리지 (20B) 를 포함할 수 있다. 제어 시스템 (20) 은 본원에서 제공되는 단계들을 수행하기 위해 하나 이상의 알고리즘들을 이용한다.The control system 20 is electrically connected to the valve assembly 38 and controls the current to the valve assembly 38 to precisely position the stage 14 and the workpiece 22. In one embodiment, the control system 20 is configured to: (i) constantly determine the position of the stage ("x"); And (ii) use the information from the measurement system 18 to send a current to the valve assembly 38 to position the stage 14. 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 provided herein.

특정 실시형태들에서, 제어 시스템 (20) 은 원하는 제 1 포스 (F1) 를 발생시키기 위해서 제 1 챔버 (34A) 에서의 제 1 압력 (P1) 을 제어하기 위해서 제 1 밸브들 (38C, 38D) 의 각각을 개별적으로 제어한다. 유사하게, 제어 시스템 (20) 은 원하는 제 2 포스 (F2) 를 발생시키기 위해서 제 2 챔버 (34B) 에서의 제 2 압력 (P2) 을 제어하기 위해서 제 2 밸브들 (38E, 38F) 의 각각을 개별적으로 제어한다. 따라서, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 을 제어함으로써, 제어 시스템 (20) 은 스테이지 (14) 에 대해 원하는 총 포스 (F) (44) 를 발생시키기 위해서 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 제어할 수 있다.In certain embodiments, the control system 20 includes the first valves 38C, for controlling the first pressure P 1 in the first chamber 34A to generate the desired first force F 1 . Each of 38D) is controlled individually. Similarly, the control system 20 is to control the second pressure (P 2 ) in the second chamber (34B) to generate the desired second force (F 2 ) of the second valves (38E, 38F). Each is controlled individually. Thus, by controlling the valves 38C, 38D, 38E, 38F, the control system 20 controls the fluid actuator assembly 24 to generate the desired total force (F) 44 against the stage 14. can do.

특정 실시형태들에서, 제어 시스템 (20) 이 제 1 챔버 (34A) 에 피스톤 유체 (40) 를 추가할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 추가하기 위해 적절한 양으로 제 1 유입 밸브 (38C) 가 열리도록 그리고 제 1 유출 밸브 (38D) 가 닫히도록 제어한다. 추가로, 제어 시스템 (20) 이 제 1 챔버 (34A) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 제거할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 배출하기 위해 적절한 양으로 제 1 유출 밸브 (38D) 가 열리도록 그리고 제 1 유입 밸브 (38C) 가 닫히도록 제어한다. 이 예에서, 제 1 밸브들 (38C, 38D) 중 하나는 임의의 주어진 시간에서 닫히도록 제어된다. 대안적으로, 제어 시스템 (20) 은 제 1 챔버 (34A) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 추가 및/또는 제거하는 동안 양 제 1 밸브들 (38C, 38D) 이 열리도록 제어할 수 있다.In certain embodiments, in the event that the control system 20 determines that it is necessary to add the piston fluid 40 to the first chamber 34A, the control system 20 is configured to add the piston fluid 40. Control is made so that the first inlet valve 38C is opened and the first outlet valve 38D is closed in an appropriate amount. In addition, in the event that the control system 20 determines that it is necessary to remove the piston fluid 40 from the first chamber 34A, the control system 20 is in an appropriate amount to discharge the piston fluid 40. Control is made so that the first outlet valve 38D is opened and the first inlet valve 38C is closed. In this example, one of the first valves 38C, 38D is controlled to close at any given time. Alternatively, the control system 20 can control both first valves 38C, 38D to open while adding and/or removing the piston fluid 40 from the first chamber 34A.

유사하게, 제어 시스템 (20) 이 제 2 챔버 (34B) 에 피스톤 유체 (40) 를 추가할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 추가하기 위해 적절한 양으로 제 2 유입 밸브 (38E) 가 열리도록 그리고 제 2 유출 밸브 (38F) 가 닫히도록 제어한다. 추가로, 제어 시스템 (20) 이 제 2 챔버 (34B) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 제거할 필요가 있다고 결정하는 경우에, 제어 시스템 (20) 은 피스톤 유체 (40) 를 배출하기 위해 적절한 양으로 제 2 유출 밸브 (38F) 가 열리도록 그리고 제 2 유입 밸브 (38E) 가 닫히도록 제어한다. 이 예에서, 제 2 밸브들 (38E, 38F) 중 하나는 임의의 주어진 시간에서 닫히도록 제어된다. 대안적으로, 제어 시스템 (20) 은 제 2 챔버 (34B) 로부터 피스톤 유체 (40) 를 추가 및/또는 제거하는 동안 양 제 2 밸브들 (38E, 38F) 이 열리도록 제어할 수 있다.Similarly, if the control system 20 determines that it is necessary to add the piston fluid 40 to the second chamber 34B, the control system 20 will do so in an appropriate amount to add the piston fluid 40. Control is made so that the second inlet valve 38E is opened and the second outlet valve 38F is closed. In addition, in the event that the control system 20 determines that it is necessary to remove the piston fluid 40 from the second chamber 34B, the control system 20 is in an appropriate amount to discharge the piston fluid 40. Control is made so that the second outlet valve 38F is opened and the second inlet valve 38E is closed. In this example, one of the second valves 38E, 38F is controlled to close at any given time. Alternatively, the control system 20 can control the opening of both second valves 38E, 38F while adding and/or removing the piston fluid 40 from the second chamber 34B.

스테이지 (14) 를 구동하기 위해 요망되는 포스 (44) 를 발생시키기 위해 2 개의 챔버들 (34A, 34B) 의 정밀한 유체 압력 제어를 취한다. 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 정확하게 제어하기 위해서, (i) 챔버 체적들과 유체 압력 변화들, (ii) 비례제어 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 백래시 및 차분 압력 의존성, 및 (iii) 업스트림 및 다운스트림 압력과 연관된 유체 유동 비선형성과 같은, 시스템에 내재된 비선형성들을 결정하는 것이 중요하다. 실험적 테스팅 및/또는 모델링을 통해서, 이들 비선형성들이 제어 시스템 (20) 에 의해 식별되고 보정될 수 있다.It takes precise fluid pressure control of the two chambers 34A, 34B to generate the desired force 44 to drive the stage 14. In order to accurately control the fluid actuator assembly 24, (i) chamber volumes and fluid pressure changes, (ii) backlash and differential pressure dependence of proportional control valves 38C, 38D, 38E, 38F, and (iii) ) It is important to determine the nonlinearities inherent in the system, such as fluid flow nonlinearities associated with upstream and downstream pressures. Through experimental testing and/or modeling, these nonlinearities can be identified and corrected by the control system 20.

예를 들어, 제어 시스템 (20) 은 (i) 제 1 유입 밸브 (38C) 를 제어하기 위해 제 1 유입 밸브 특성의 역을; (ii) 제 1 유출 밸브 (38D) 를 제어하기 위해 제 1 유출 밸브 특성의 역을; (iii) 제 2 유입 밸브 (38E) 를 제어하기 위해 제 2 유입 밸브 특성의 역을; 그리고 (iv) 제 2 유출 밸브 (38F) 를 제어하기 위해 제 2 유출 밸브 특성의 역을 이용할 수 있다. 제어 시스템 (20) 은 각 밸브 특성의 역을 이용하고, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 향상된 정확도로 제어될 수 있다.For example, the control system 20 may (i) reverse the first inlet valve characteristic to control the first inlet valve 38C; (ii) reverse the first outlet valve characteristic to control the first outlet valve 38D; (iii) reverse the second inlet valve characteristic to control the second inlet valve 38E; And (iv) the reverse of the second outlet valve characteristic can be used to control the second outlet valve 38F. The control system 20 uses the inverse of each valve characteristic, and each valve 38C, 38D, 38E, 38F can be controlled with improved accuracy.

도 2a 는 스테이지 (14) 를 정확하게 포지셔닝시키기 위해 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 제어하기 위한 방법의 하나의 비배타적인 예를 나타내는 제어 블록도 (220) 이다. 보다 구체적으로, 제어 블록도 (220) 는 스테이지 (14) 를 정밀하게 포지셔닝시키기 위해 피스톤 어셈블리 (31) 를 제어하기 위해 밸브 어셈블리 (38) 에 전류를 보내기 위한 하나의 비배타적인 방법을 나타낸다. 제어 블록도 (220) 에서, 스테이지 (14) 는 (도 1 에서 도시된) 측정 시스템 (18) 에 의해 측정되는 바와 같이 (예컨대, (도 1 에서 도시된) 측정 축 (30) 을 따라서) 측정된 순간적 스테이지 포지션 ("x") 을 갖는다.2A is a control block diagram 220 illustrating one non-exclusive example of a method for controlling the fluid actuator assembly 24 to accurately position the stage 14. More specifically, the control block diagram 220 shows one non-exclusive way to direct current to the valve assembly 38 to control the piston assembly 31 to precisely position the stage 14. In the control block diagram 220, the stage 14 measures (e.g., along the measurement axis 30 (shown in FIG. 1)) as measured by the measurement system 18 (shown in FIG. 1). Has an instantaneous stage position ("x").

이 실시형태에서, 제어 블록도 (220) 는 (i) 스테이지 (14) 의 (예컨대, (도 1 에서 도시된) 측정 축 (30) 을 따른) 스테이지, 요망되는 레퍼런스 포지션 또는 궤적 ("xd"), 요망되는 속도 ("

Figure 112018120379195-pct00001
") , 요망되는 가속도 ("
Figure 112018120379195-pct00002
"), 및 스테이지 저크 (jerk) 레퍼런스 ("
Figure 112018120379195-pct00003
") 를 제공하는 스테이지 레퍼런스 블록 (260); (ii) 스테이지 피드백 ("FB") 제어기 (262); (iii) 스테이지 피드포워드 ("FF") 제어기 (264); (iv) 피드백 포스 커맨드 (force command) 를 피드백 압력 커맨드로 변환하는 피드백 컨버터 (converter) (266); (v) 피드포워드 포스 커맨드를 피드포워드 압력 커맨드로 변환하는 피드포워드 컨버터 (268); (vi) 제 1 챔버 제어기 (270); (vii) 제 2 챔버 제어기 (272); 및 (viii) 스테이지 (14) 의 측정된 포지션 ("x") 에 기초하여 제 1 챔버의 현재의 제 1 챔버 체적 ("V1") 및 제 1 체적 변화율 ("
Figure 112018120379195-pct00004
") 을 추정하고, 스테이지 (14) 의 측정된 포지션에 기초하여 제 2 챔버의 현재의 제 2 챔버 체적 ("V2") 및 제 2 체적 변화율 ("
Figure 112018120379195-pct00005
") 을 추정하는 챔버 체적 추정기 (278) 를 포함한다.In this embodiment, the control block diagram 220 shows (i) a stage of stage 14 (eg, along the measurement axis 30 (shown in FIG. 1)), a desired reference position or trajectory (“x d "), desired speed ("
Figure 112018120379195-pct00001
"), desired acceleration ("
Figure 112018120379195-pct00002
"), and stage jerk reference ("
Figure 112018120379195-pct00003
A stage reference block 260 providing "); (ii) a stage feedback ("FB") controller 262; (iii) a stage feedforward ("FF") controller 264; (iv) a feedback force command ( a feedback converter 266 for converting the force command to a feedback pressure command; (v) a feedforward converter 268 for converting a feedforward force command to a feedforward pressure command; (vi) a first chamber controller 270 ); (vii) the second chamber controller 272; and (viii) the current first chamber volume (“V 1 ”) of the first chamber based on the measured position (“x”) of the stage 14 and First volumetric rate of change ("
Figure 112018120379195-pct00004
") and based on the measured position of the stage 14, the current second chamber volume ("V 2 ") and the second volume change rate ("
Figure 112018120379195-pct00005
And a chamber volume estimator 278 that estimates ").

도 2a 의 제어 블록도 (220) 의 블록들의 일부는 선택적이고 및/또는 제어 블록도 (220) 는 추가적인 제어 블록들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어, 제어 블록도 (220) 는 스테이지 피드포워드 제어기 (264) 루프 없이 설계될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 제어 블록도 (220) 는 반복 학습 루프 (미도시) 를 포함하도록 설계될 수 있다.It should be noted 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 a stage feedforward controller 264 loop. Additionally, or alternatively, the control block diagram 220 can be designed to include an iterative learning loop (not shown).

제어 블록도 (220) 에서, 좌측에서 우측으로 이동하면, 스테이지 (14) 의 요망되는 포지션과 측정된 포지션 사이의 에러를 나타내는 스테이지 추종 에러 ("e") 를 생성하기 위해 스테이지 요망되는 레퍼런스 (260) 포지션 또는 궤적 ("xd") 은 스테이지 측정되는 포지션 ("x") 에 대해 비교된다. 다음으로, 스테이지 추종 에러 ("e") 는, 스테이지 (14) 를 측정된 포지션으로부터 레퍼런스 포지션으로 이동시키기 위해 필요한 포스 커맨드를 나타내는 스테이지, 피드백 포스 커맨드 ("Ffb") 를 생성하는 스테이지 피드백 제어기 (262) 에 공급된다. 동시에, 요망되는 레퍼런스 포지션 ("xd"), 스테이지 속도 레퍼런스 ("

Figure 112018120379195-pct00006
") , 스테이지 가속도 레퍼런스 ("
Figure 112018120379195-pct00007
"), 및 스테이지 저크 레퍼런스 ("
Figure 112018120379195-pct00008
") 는 시스템 시간 지연, 및 궤적과 같은 것들에 대해 보정하기 위해 필요한 포스 커맨드를 나타내는 스테이지, 피드포워드 포스 커맨드 ("Fff") 를 생성하는 스테이지 피드포워드 제어기 (264) 에 공급된다.In the control block diagram 220, moving from left to right, the stage desired reference 260 to generate a stage following error ("e") indicating an error between the desired position of stage 14 and the measured position. ) The position or trajectory ("x d ") is compared against the stage measured position ("x"). Next, the stage following error ("e") is a stage representing the force command required to move the stage 14 from the measured position to the reference position, a stage feedback controller that generates a feedback force command ("F fb ") 262. At the same time, the desired reference position ("x d "), the stage speed reference ("
Figure 112018120379195-pct00006
"), stage acceleration reference ("
Figure 112018120379195-pct00007
"), and stage jerk reference ("
Figure 112018120379195-pct00008
") is supplied to the stage feedforward controller 264 which generates a feedforward force command ("F ff "), a stage representing the force command required to correct for things like system time delay, and trajectory.

다음으로, 이 실시형태에서, 스테이지, 피드백 포스 커맨드 ("Ffb") 및 피드포워드 포스 커맨드 ("Fff") 는 결합되어서, 피드백 컨버터 (266) 에 공급되는 결합된 포스 커맨드 ("Fcmd") 를 생성하고, 이 피드백 컨버터 (266) 는 결합된 포스 커맨드를 제 1 챔버에 대한 제 1 피드백 압력 커맨드 ("P1fb" 또는 "P1,cmd"), 및 제 2 챔버에 대한 제 2 피드백 압력 커맨드 ("P2fb" 또는 "P2,cmd") 로 변환한다. 유사하게, 스테이지, 피드포워드 포스 커맨드 ("Fff") 는 피드포워드 컨버터 (268) 에 공급되고, 이 피드포워드 컨버터 (268) 는 피드포워드 포스 커맨드를 제 1 챔버에 대한 제 1 피드포워드 압력 변화율 커맨드 ("

Figure 112018120379195-pct00009
"), 및 제 2 챔버에 대한 제 2 피드포워드 압력 변화율 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00010
") 로 변환한다.Next, in this embodiment, the stage, the feedback force command ("F fb ") and the feedforward force command ("F ff ") are combined so that the combined force command supplied to the feedback converter 266 ("F cmd "), and this feedback converter 266 sends the combined force command to a first feedback pressure command for the first chamber ("P1 fb " or "P 1,cmd "), and a second for the second chamber. It converts to a feedback pressure command ("P2 fb " or "P 2,cmd "). Similarly, a stage, a feedforward force command ("F ff ") is supplied to a feedforward converter 268, which feeds a feedforward force command to the first feedforward pressure change rate for the first chamber. Command ("
Figure 112018120379195-pct00009
"), and the second feedforward pressure rate of change command for the second chamber ("
Figure 112018120379195-pct00010
Convert to ").

후속하여, 제 1 챔버 제어기 (270) 는 제 1 밸브 서브어셈블리에 보내지는 제 1 밸브 서브어셈블리 전류 커맨드 ("u1") 를 결정하기 위해 제 1 피드백 압력 커맨드 ("P1,cmd"), 제 1 피드포워드 압력 커맨드 ("

Figure 112018120379195-pct00011
"), 제 1 측정된 압력 ("P1"), 제 1 챔버 체적 ("V1"), 및 제 1 체적 변화율 ("
Figure 112018120379195-pct00012
") 을 이용한다. 유사하게, 제 2 챔버 제어기 (272) 는 제 2 밸브 서브어셈블리에 보내지는 제 2 밸브 서브어셈블리 전류 커맨드 ("u2") 를 결정하기 위해 제 2 피드백 압력 커맨드 ("P2,cmd"), 제 2 피드포워드 압력 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00013
"), 제 2 측정된 압력 ("P2"), 제 2 챔버 체적 ("V2"), 및 제 2 체적 변화율 ("
Figure 112018120379195-pct00014
") 을 이용한다. 밸브 어셈블리 (38) 에 대한 전류는 피스톤 어셈블리 (31) 에 대한 피스톤 유체를 제어하고 스테이지 (14) 에 대한 포스 ("F") 를 발생시킨다.Subsequently, the first chamber controller 270 performs a first feedback pressure command ("P 1,cmd ") to determine the first valve subassembly current command ("u 1 ") sent to the first valve subassembly. First feedforward pressure command ("
Figure 112018120379195-pct00011
"), the first measured pressure ("P 1 "), the first chamber volume ("V 1 "), and the first volume rate of change ("
Figure 112018120379195-pct00012
Similarly, the second chamber controller 272 uses a second feedback pressure command ("P 2 ") to determine the second valve subassembly current command ("u 2 ") sent to the second valve subassembly. ,cmd "), second feedforward pressure command ("
Figure 112018120379195-pct00013
"), the second measured pressure ("P 2 "), the second chamber volume ("V 2 "), and the second volume change rate ("
Figure 112018120379195-pct00014
The current to the valve assembly 38 controls the piston fluid to the piston assembly 31 and generates a force ("F") against the stage 14.

본원에서 제공되는 바와 같이, 챔버 제어기들 (270, 272) 은 2 개의 챔버들에서의 압력을 정확하게 제어하기 위해 필요한 각각의 전류 커맨드들을 정확하게 결정하기 위해서 밸브 특성들의 역을 이용한다. 이 프로세스는 도 2b 를 참조하여 이하에서 보다 자세히 설명된다.As provided herein, chamber controllers 270, 272 use the inverse of valve characteristics to accurately determine the respective current commands required to accurately control the pressure in the two chambers. This process is described in more detail below with reference to FIG. 2B.

실시형태들에서, 각각의 밸브 서브어셈블리의 밸브들 중 하나는 임의의 주어진 시간에서 닫히고, 각각의 밸브 서브어셈블리에 대해 필요한 것은 단일의 전류 커맨드가 전부라는 점에 유의하여야 한다. 대안적으로, 각각의 밸브 서브어셈블리의 밸브들의 양자가 임의의 주어진 시간에서 열릴 수 있는 경우에는, 챔버 제어기들 (270, 272) 은 각 밸브에 별도의 전류 커맨드들을 제공하도록 설계될 필요가 있을 것이다.It should be noted that, in embodiments, one of the valves of each valve subassembly closes at any given time, and all that is required for each valve subassembly is a single current command. Alternatively, if both of the valves of each valve subassembly can be opened at any given time, the chamber controllers 270, 272 will need to be designed to provide separate current commands for each valve. .

스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 생성된 포스들을 이해하기 위해서 그리고 제어 시스템 (20) 에 의한 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 의 제어를 이해하기 위해서 다수의 식들이 유용하다. 상기 제공된 바와 같이, 스테이지 이동자 어셈블리 (16) 에 의해 발생되는 총 포스는 다음과 같이 제공된다:A number of equations are useful to understand the forces generated by the stage mover assembly 16 and to understand the control of the stage mover assembly 16 by the control system 20. As provided above, the total force generated by the stage mover assembly 16 is provided as follows:

Figure 112018120379195-pct00015
식 1
Figure 112018120379195-pct00015
Equation 1

상기 제공된 바와 같이, F 는 총 포스이고; F1 은 제 1 챔버에 의해 발생된 포스이며; F2 는 제 2 챔버에 의해 발생된 포스이다.As provided above, F is the total force; F 1 is the force generated by the first chamber; F 2 is the force generated by the second chamber.

식 1 은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:Equation 1 can be rewritten as:

Figure 112018120379195-pct00016
식 2
Figure 112018120379195-pct00016
Equation 2

상기 제공된 바와 같이, P1 은 제 1 챔버에서의 제 1 챔버 압력이고; A1 은 제 1 챔버에 대한 유효 피스톤 면적이며; P2 는 제 2 챔버 (34B) 에서의 제 2 챔버 압력이고; 그리고, A2 는 제 2 챔버 (34B) 에 대한 유효 피스톤 면적이다.As provided above, P 1 is the first chamber pressure in the first chamber; A 1 is the effective piston area for the first chamber; P 2 is the second chamber pressure in the second chamber 34B; And, A 2 is an effective piston area for the second chamber 34B.

또한, 스테이지에 대한 포스는 다음과 같이 표현될 수 있다:Also, the force on the stage can be expressed as:

Figure 112018120379195-pct00017
식 3
Figure 112018120379195-pct00017
Equation 3

식 3 및 다른 곳에서, M 은 (워크피스를 포함하는) 스테이지의 질량이고, C 는 댐핑 계수이며,

Figure 112018120379195-pct00018
는 스테이지의 질량의 가속도이고,
Figure 112018120379195-pct00019
는 스테이지의 속도이다. In Equation 3 and elsewhere, M is the mass of the stage (including the workpiece), C is the damping factor,
Figure 112018120379195-pct00018
Is the acceleration of the mass of the stage,
Figure 112018120379195-pct00019
Is the speed of the stage.

기체 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다:The gas equation can be expressed as:

Figure 112018120379195-pct00020
식 4
Figure 112018120379195-pct00020
Equation 4

식 4 및 다른 곳에서, i 는 각각의 챔버 (제 1 챔버 ("1") 또는 제 2 챔버 ("2") 중 어느 일방) 이고; Pi 는 각 챔버에서의 압력이고; Vi 는 각 챔버에서의 체적이며; R 은 기체 상수이고; mi 는 각 챔버에서의 기체 질량이고; 그리고, Ti 는 각 챔버에서의 온도이다.In equation 4 and elsewhere, i is each chamber (either the first chamber (“1”) or the second chamber (“2”)); P i is the pressure in each chamber; V i is the volume in each chamber; R is a gas constant; m i is the gas mass in each chamber; And, T i is the temperature in each chamber.

식 4 는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:Equation 4 can be rewritten as:

Figure 112018120379195-pct00021
식 5
Figure 112018120379195-pct00021
Equation 5

식 5 및 다른 곳에서,

Figure 112018120379195-pct00022
는 각 챔버에서의 압력 변화율이고;
Figure 112018120379195-pct00023
는 각 챔버에서의 체적 변화율이며,
Figure 112018120379195-pct00024
는 각 챔버에서의 질량 유량 (mass flow rate) 이다.Equation 5 and elsewhere,
Figure 112018120379195-pct00022
Is the rate of pressure change in each chamber;
Figure 112018120379195-pct00023
Is the rate of volume change in each chamber,
Figure 112018120379195-pct00024
Is the mass flow rate in each chamber.

식 5 는 다음과 같이 챔버 압력 모델링으로서 다시 쓰여질 수 있다:Equation 5 can be rewritten as the chamber pressure modeling as follows:

Figure 112018120379195-pct00025
식 6
Figure 112018120379195-pct00025
Equation 6

또한, 식 5 는 다음과 같이 챔버 질량 유량 제어로서 다시 쓰여질 수 있다: Also, Equation 5 can be rewritten as the chamber mass flow control as follows:

Figure 112018120379195-pct00026
식 7
Figure 112018120379195-pct00026
Equation 7

제 1 챔버 (34A) 의 제 1 체적 (V1) 은 다음과 같이 스테이지 포지션의 함수로서 쓰여질 수 있다:The first volume V 1 of the first chamber 34A can be written as a function of the stage position as follows:

Figure 112018120379195-pct00027
식 8
Figure 112018120379195-pct00027
Equation 8

유사하게, 제 2 챔버 (34B) 의 제 2 체적 (V2) 은 다음과 같이 스테이지 포지션의 함수로서 쓰여질 수 있다:Similarly, the second volume V 2 of the second chamber 34B can be written as a function of the stage position as follows:

Figure 112018120379195-pct00028
식 9
Figure 112018120379195-pct00028
Equation 9

식 8 및 식 9, 및 다른 곳에서, A1 은 제 1 챔버의 유효 피스톤 면적이고; A2 는 제 2 챔버의 유효 피스톤 면적이며; x 는 스테이지의 현재 포지션이고;

Figure 112018120379195-pct00029
는 제 1 챔버의 데드 렝스 (dead length) 이고;
Figure 112018120379195-pct00030
는 제 2 챔버의 데드 렝스이다.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; x is the current position of the stage;
Figure 112018120379195-pct00029
Is the dead length of the first chamber;
Figure 112018120379195-pct00030
Is the dead length of the second chamber.

식 8 은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:Equation 8 can be rewritten as:

Figure 112018120379195-pct00031
식 10
Figure 112018120379195-pct00031
Equation 10

유사하게, 식 9 는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:Similarly, Equation 9 can be rewritten as:

Figure 112018120379195-pct00032
식 11
Figure 112018120379195-pct00032
Equation 11

이들 식들 및 다른 곳에서,

Figure 112018120379195-pct00033
은 제 1 챔버에서의 체적 변화율이고,
Figure 112018120379195-pct00034
는 제 2 챔버에서의 체적 변화율이다.In these equations and elsewhere,
Figure 112018120379195-pct00033
Is the rate of volume change in the first chamber,
Figure 112018120379195-pct00034
Is the rate of volume change in the second chamber.

각 챔버 (34A, 34B) 의 챔버 압력 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:The chamber pressure control of each chamber 34A, 34B can be expressed as follows:

Figure 112018120379195-pct00035
식 12
Figure 112018120379195-pct00035
Equation 12

Figure 112018120379195-pct00036
식 13
Figure 112018120379195-pct00036
Equation 13

식 12 및 식 13, 및 다른 곳에서, Fcmd 는 포스 커맨드이고; Ffeedforward 는 피드포워드 포스 커맨드이며; Ffeedback 은 피드백 포스 커맨드이고;

Figure 112018120379195-pct00037
는 스테이지 가속도 레퍼런스이고;
Figure 112018120379195-pct00038
는 스테이지 속도 레퍼런스이며;
Figure 112018120379195-pct00039
는 스테이지 저크 레퍼런스이고, xd 는 레퍼런스 포지션이고; C 는 스테이지 및 액추에이터 시스템의 댐핑 비율이고; Cfb(s) 는 스테이지 피드백 제어 필터이고; x 는 스테이지의 현재 측정된 포지션이고; P1,cmd 는 제 1 챔버에 대한 압력 커맨드이고; 그리고, P2,cmd 는 제 2 챔버에 대한 압력 커맨드이다.In Equations 12 and 13, and elsewhere, F cmd is a force command; F feedforward is a feedforward force command; F feedback is a feedback force command;
Figure 112018120379195-pct00037
Is the stage acceleration reference;
Figure 112018120379195-pct00038
Is the stage speed reference;
Figure 112018120379195-pct00039
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 a stage feedback control filter; x is the current measured position of the stage; P 1,cmd is the pressure command for the first chamber; And, P 2,cmd is a pressure command for the second chamber.

식 12 및 식 13 은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:Equations 12 and 13 can be rewritten as:

Figure 112018120379195-pct00040
및 식 14
Figure 112018120379195-pct00040
And Equation 14

Figure 112018120379195-pct00041
식 15
Figure 112018120379195-pct00041
Equation 15

식 14 및 식 15, 및 다른 곳에서, FO 는 오프셋 포스 커맨드이고; r 은 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이의 분배 비율이다. 특정 실시형태들에서, r 은 0 보다 더 크지만 1 보다 더 작은 값을 가지고 (0<r<1) 공칭 r = 0.5 이다.In Equations 14 and 15, and elsewhere, F O is an offset force command; r is the distribution ratio between the first chamber and the second chamber. In certain embodiments, r has a value greater than 0 but less than 1 (0<r<1) and nominal r = 0.5.

식 14 및 식 15 는 다음과 같이 쓰여질 수 있다:Equations 14 and 15 can be written as:

Figure 112018120379195-pct00042
및 식 16
Figure 112018120379195-pct00042
And Equation 16

Figure 112018120379195-pct00043
식 17
Figure 112018120379195-pct00043
Equation 17

챔버 압력 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:Chamber pressure control can be expressed as:

Figure 112018120379195-pct00044
식 18
Figure 112018120379195-pct00044
Equation 18

또한, 식 18 은 다음과 같이 표현될 수 있다:Also, Equation 18 can be expressed as:

Figure 112018120379195-pct00045
및 식 19
Figure 112018120379195-pct00045
And Equation 19

Figure 112018120379195-pct00046
식 20
Figure 112018120379195-pct00046
Equation 20

식 7 과 유사하게, 챔버 질량 유동 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:Similar to Equation 7, the chamber mass flow control can be expressed as:

Figure 112018120379195-pct00047
식 21
Figure 112018120379195-pct00047
Equation 21

식 21, 및 다른 곳에서,

Figure 112018120379195-pct00048
는 제 1 챔버 및 제 2 챔버 중 하나에 대한 질량 유량 커맨드이다.Equation 21, and elsewhere,
Figure 112018120379195-pct00048
Is the mass flow command for one of the first chamber and the second chamber.

도 2b 는 (도 2a 에서 도시된) 챔버 제어기들 (270, 272) 중 하나가 어떻게 구성될 수 있는지를 예시하는 제어 블록도이다. 이 실시형태에서, 챔버 제어기는 (i) 압력 피드백 제어기 (290); (ii) 압력 대 질량 유동 컨버터 (292); (iii) 유입 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (294); (iv) 유출 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (296); (v) 유입 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (297); 및 (vi) 유출 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (298) 를 포함한다. 이 실시형태에서, 압력 피드백 제어기 (290) 는 각각의 챔버에 대한 압력 에러 (Pi,err) 를 수신하고, 압력 변화 피드백의 비율 ("

Figure 112018120379195-pct00049
") 을 생성한다. 압력 대 질량 유동 컨버터 (292) 는 압력 변화율 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00050
"), 챔버 압력 ("Pi"), 현재 챔버 체적 ("Vi") 및 체적 변화율 ("
Figure 112018120379195-pct00051
") 을 수신하고, 유입 밸브에 대한 질량 유량 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00052
") 및 유출 밸브에 대한 질량 유량 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00053
") 를 생성한다. 압력 대 질량 유동 컨버터 (292) 는 본원에서 제공된 식 21 및 식 22 를 이용할 수 있다.2B is a control block diagram illustrating how one of the chamber controllers 270, 272 (shown in FIG. 2A) may be configured. In this embodiment, the chamber controller includes (i) a pressure feedback controller 290; (ii) pressure to mass flow converter 292; (iii) inlet mass flow to orifice area converter 294; (iv) effluent mass flow to orifice area converter 296; (v) inlet orifice area to current converter 297; And (vi) an outflow orifice area to current converter 298. In this embodiment, the pressure feedback controller 290 receives the pressure error (P i,err ) for each chamber, and the ratio of pressure change feedback ("
Figure 112018120379195-pct00049
The pressure to mass flow converter 292 generates a pressure rate of change command ("
Figure 112018120379195-pct00050
"), chamber pressure ("P i "), current chamber volume ("V i ") and volume change rate ("
Figure 112018120379195-pct00051
") and the mass flow command for the inlet valve ("
Figure 112018120379195-pct00052
") and mass flow command for the outlet valve ("
Figure 112018120379195-pct00053
"). The pressure to mass flow converter 292 can use Equations 21 and 22 provided herein.

유입 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (294) 는 질량 유량 커맨드 ("

Figure 112018120379195-pct00054
") 및 챔버 압력 ("Pi") 을 수신하고, 유입 밸브에 대한 유입 오리피스 면적 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00055
") 를 생성한다. 유입 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (294) 는 본원에서 제공된 식 24 를 이용할 수 있다. 다소 유사하게, 유출 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (296) 는 질량 유량 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00056
") 및 챔버 압력 ("Pi") 을 수신하고, 유출 밸브에 대한 유출 오리피스 면적 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00057
") 를 생성한다. 유출 질량 유동 대 오리피스 면적 컨버터 (296) 는 본원에서 제공된 식 25 를 이용할 수 있다.Inlet mass flow to orifice area converter 294 is the mass flow command ("
Figure 112018120379195-pct00054
") and chamber pressure ("P i "), and the inlet orifice area command for the inlet valve ("
Figure 112018120379195-pct00055
The inlet mass flow to orifice area converter 294 can use Equation 24 provided herein. Somewhat similarly, the outflow mass flow to orifice area converter 296 can use the mass flow command ("
Figure 112018120379195-pct00056
") and chamber pressure ("P i "), and the outlet orifice area command ("
Figure 112018120379195-pct00057
The output mass flow to orifice area converter 296 can use Equation 25 provided herein.

다음으로, 유입 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (297) 는 유입 밸브에 대한 유입 전류 커맨드 ("

Figure 112018120379195-pct00058
") 를 생성하기 위해 유입 오리피스 면적 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00059
") 를 이용한다. 유입 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (297) 는 본원에서 제공된 식 27 을 이용할 수 있다. 유사하게, 유출 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (298) 는 유출 밸브에 대한 유출 전류 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00060
") 를 생성하기 위해 유출 오리피스 면적 커맨드 ("
Figure 112018120379195-pct00061
") 를 이용한다. 유출 오리피스 면적 대 전류 컨버터 (298) 는 본원에서 제공된 식 28 을 이용할 수 있다.Next, the inlet orifice area to current converter 297 determines the inrush current command for the inlet valve ("
Figure 112018120379195-pct00058
") to generate the inlet orifice area command ("
Figure 112018120379195-pct00059
The inlet orifice area to current converter 297 can use Equation 27 provided herein. Similarly, the outlet orifice area to current converter 298 is the outlet current command for the outlet valve ("
Figure 112018120379195-pct00060
") to generate the outflow orifice area command ("
Figure 112018120379195-pct00061
The outflow orifice area to current converter 298 can use Equation 28 provided herein.

도 3 은 피스톤 챔버들 (334i) 중 하나 및 밸브 서브-어셈블리들 (338i) 중 하나의 단순화된 도시이다. 도 3 에서 예시된 바와 같이, 이 실시형태에서, 챔버 (334i) 내로의 그리고 밖으로의 챔버 질량 유량 커맨드는 유입 밸브 (338ii) 및 유출 밸브 (338io) 에 의해 제어된다. 이 실시형태에서, 압력 소스 (346) 는 유입 밸브 (338ii) 의 유입구에 Psource 로서 지칭되는 압력에서 가압된 피스톤 유체 (340) 를 제공한다. 또한, 유출 밸브 (338io) 의 유출구는 Pdrain 의 압력에 있다. 식 21 의 챔버 질량 유동 제어는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다:3 is a simplified illustration of one of the piston chambers 334i and one of the valve sub-assemblies 338i. As illustrated in FIG. 3, in this embodiment, the chamber mass flow command into and out of chamber 334i is controlled by inlet valve 338ii and outlet valve 338io. In this embodiment, pressure source 346 provides a pressurized piston fluid 340 at a pressure referred to as P source at the inlet of inlet valve 338ii. Also, the outlet of the outlet valve 338io is at the pressure of P drain . The chamber mass flow control in Equation 21 can be rewritten as:

Figure 112018120379195-pct00062
식 22
Figure 112018120379195-pct00062
Equation 22

식 22, 및 다른 곳에서,

Figure 112018120379195-pct00063
는 선택된 챔버 (334i) 에 대한 유입 밸브 (338ii) 에 대한 질량 유량 커맨드이고;
Figure 112018120379195-pct00064
는 선택된 챔버 (334i) 에 대한 유출 밸브 (338io) 에 대한 질량 유량 커맨드이다. 본원에서 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 챔버 (334i) 내로의 질량 유량을 증가 (
Figure 112018120379195-pct00065
) 시키는 것이 요망되는 경우에는, 유출 밸브 (338io) 는 닫히고 (
Figure 112018120379195-pct00066
) 질량 유량 커맨드는 유입 밸브 (338ii) 의 질량 유량 커맨드와 동일하도록 설정되고, 질량 유량 커맨드 (
Figure 112018120379195-pct00067
) 로 설정된다. 유사하게, 특정 실시형태들에서, 챔버 (334i) 밖으로의 질량 유량을 증가 (
Figure 112018120379195-pct00068
) 시키는 것이 요망되는 경우에는, 유입 밸브 (338ii) 는 닫히고 (
Figure 112018120379195-pct00069
) 질량 유량 커맨드는 유출 밸브 (338io) 의 질량 유량 커맨드와 동일하도록 설정되고, 질량 유량 커맨드 (
Figure 112018120379195-pct00070
) 로 설정된다.Equation 22, and elsewhere,
Figure 112018120379195-pct00063
Is the mass flow command for the inlet valve 338ii for the selected chamber 334i;
Figure 112018120379195-pct00064
Is the mass flow command for the outlet valve 338io for the selected chamber 334i. As provided herein, in certain embodiments, increasing the mass flow rate into chamber 334i (
Figure 112018120379195-pct00065
), the outlet valve 338io is closed (
Figure 112018120379195-pct00066
) The mass flow command is set to be the same as the mass flow command of the inlet valve 338ii, and the mass flow command (
Figure 112018120379195-pct00067
) Is set. Similarly, in certain embodiments, increasing the mass flow rate out of the chamber 334i (
Figure 112018120379195-pct00068
), the inlet valve 338ii is closed (
Figure 112018120379195-pct00069
) The mass flow command is set to be the same as the mass flow command of the outlet valve 338io, and the mass flow command (
Figure 112018120379195-pct00070
) Is set.

밸브 유동 식은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:The valve flow equation can be written as:

Figure 112018120379195-pct00071
식 23
Figure 112018120379195-pct00071
Equation 23

식 23, 및 다른 곳에서, a 는 열리는 밸브 오리피스의 면적이고; f 는 수학적 함수이며; Pupstream 은 밸브 오리피스의 업스트림 압력이고; 그리고, Pdownstream 은 밸브 오리피스의 다운스트림 압력이다. 따라서, 질량 유량은 열리는 밸브 오리피스의 면적 곱하기 업스트림 압력과 다운스트림 압력의 함수와 동일하다.Equation 23, and elsewhere, a is the area of the valve orifice that opens; f is a mathematical function; P upstream is the upstream pressure of the valve orifice; And, P downstream is the pressure downstream of the valve orifice. Thus, the mass flow rate is equal to a function of the area of the valve orifice that opens times the upstream and downstream pressures.

도 4 는 열릴 때 밸브의 밸브 오리피스와 유사한 오리피스 (402) 를 포함하는 파이프 (400) 의 단순화된 도시이다. 이 예에서, 업스트림 압력과 다운스트림 압력이 라벨링되고, 오리피스 (402) 는 오리피스 면적을 갖는다. 도 3 및 도 4 를 참조하여, 식 23 은 다음과 같은 밸브 오리피스 면적 커맨드들로서 다시 쓰여질 수 있다:4 is a simplified illustration of a pipe 400 including 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. 3 and 4, equation 23 can be rewritten as the following valve orifice area commands:

Figure 112018120379195-pct00072
및 식 24
Figure 112018120379195-pct00072
And equation 24

Figure 112018120379195-pct00073
식 25
Figure 112018120379195-pct00073
Equation 25

이들 식들, 및 다른 곳에서,

Figure 112018120379195-pct00074
는 선택된 챔버 (334i) 의 유입 밸브 (338ii) 에 대한 밸브 오리피스 커맨드이고;
Figure 112018120379195-pct00075
는 선택된 챔버 (334i) 의 유출 밸브 (338io) 에 대한 질량 유량 커맨드이다.In these equations, and elsewhere,
Figure 112018120379195-pct00074
Is the valve orifice command for the inlet valve 338ii of the selected chamber 334i;
Figure 112018120379195-pct00075
Is the mass flow command for the outlet valve 338io of the selected chamber 334i.

밸브 면적 식은 다음과 같이 쓰여질 수 있다:The valve area equation can be written as:

Figure 112018120379195-pct00076
식 26
Figure 112018120379195-pct00076
Equation 26

식 26 에서, a 는 밸브 오리피스 면적이고; A 는 밸브 면적 식이며; 그리고, u 는 밸브 전류이다. 밸브 면적 식은 이하에서 보다 자세히 설명된다.In equation 26, a is the valve orifice area; A is the valve area formula; And, u is the valve current. The valve area equation is described in more detail below.

식 26 은 다음과 같이 밸브 전류 커맨드들로서 다시 쓰여질 수 있다:Equation 26 can be rewritten as valve current commands as follows:

Figure 112018120379195-pct00077
및 식 27
Figure 112018120379195-pct00077
And equation 27

Figure 112018120379195-pct00078
식 28
Figure 112018120379195-pct00078
Equation 28

식 27 및 식 28, 및 다른 곳에서,

Figure 112018120379195-pct00079
는 유입 밸브에 대한 밸브 전류 커맨드이고;
Figure 112018120379195-pct00080
는 유입 밸브에 대한 밸브 면적 식의 역이며;
Figure 112018120379195-pct00081
는 유입 밸브의 밸브 오리피스 면적이고;
Figure 112018120379195-pct00082
는 유출 밸브에 대한 밸브 전류 커맨드이고;
Figure 112018120379195-pct00083
는 유출 밸브에 대한 밸브 면적 식의 역이고; 그리고,
Figure 112018120379195-pct00084
는 유출 밸브의 밸브 오리피스 면적이다.Equations 27 and 28, and elsewhere,
Figure 112018120379195-pct00079
Is the valve current command for the inlet valve;
Figure 112018120379195-pct00080
Is the inverse of the valve area equation for the inlet valve;
Figure 112018120379195-pct00081
Is the valve orifice area of the inlet valve;
Figure 112018120379195-pct00082
Is the valve current command for the outlet valve;
Figure 112018120379195-pct00083
Is the inverse of the valve area equation for the outlet valve; And,
Figure 112018120379195-pct00084
Is the valve orifice area of the outlet valve.

식 24 및 식 25 는 다음과 같이 보다 일반적으로 쓰여질 수 있다:Equations 24 and 25 can be written more generally as follows:

Figure 112018120379195-pct00085
식 29
Figure 112018120379195-pct00085
Equation 29

아음속 유동에 대해, 업스트림 압력 나누기 다운스트림 압력은 세타 ("θ") 이하이고 (

Figure 112018120379195-pct00086
), 그러면,For subsonic flow, the upstream pressure divided by the downstream pressure is less than or equal to theta ("θ") (
Figure 112018120379195-pct00086
), then,

Figure 112018120379195-pct00087
식 30
Figure 112018120379195-pct00087
Equation 30

초음속 유동에 대해, 업스트림 압력 나누기 다운스트림 압력이 세타 ("θ") 이상 (

Figure 112018120379195-pct00088
) 일 때, 그러면,For supersonic flow, the upstream pressure divided by the downstream pressure is equal to or greater than theta ("θ") (
Figure 112018120379195-pct00088
), then,

Figure 112018120379195-pct00089
식 31
Figure 112018120379195-pct00089
Equation 31

이들 식들에서,

Figure 112018120379195-pct00090
;
Figure 112018120379195-pct00091
; 및
Figure 112018120379195-pct00092
이고, c 는 방출 계수이고; Mm 은 가스 분자 질량이며; Z 는 가스 압축성 인자이고; k 는 비열비이며; R 은 일반 기체 법칙 상수이고; T 는 온도이다.In these equations,
Figure 112018120379195-pct00090
;
Figure 112018120379195-pct00091
; And
Figure 112018120379195-pct00092
And c is the emission coefficient; M m is the gas molecular mass; Z is the gas compressibility factor; k is the specific heat ratio; R is a general gas law constant; T is the temperature.

도 5a 는 도 1 로부터의 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 중 하나로서 사용될 수 있는 밸브 (538) 의 하나의 비배타적인 예의 단순화된 절개도이다. 이 실시형태에서, 밸브 (538) 는 밸브 하우징 (539A), 가동 밸브 보디 (539B), 유입 도관 (539C), 유출 도관 (539D), 유입 도관 (539C) 에 대하여 밸브 보디 (539B) 를 미는 탄성 부재 (539E) (예컨대, 스프링), 및 솔레노이드 (539F) 를 포함하는 포핏 타입 밸브이다.5A is a simplified cutaway view of one non-exclusive example of a valve 538 that may be used as one of the valves 38C, 38D, 38E, 38F from FIG. 1. In this embodiment, the valve 538 is resilient pushing the valve body 539B against the valve housing 539A, the movable valve body 539B, the inlet conduit 539C, the outlet conduit 539D, and the inlet conduit 539C. It is a poppet type valve comprising a member 539E (eg, a spring), and a solenoid 539F.

이 단순화된 예에서, 밸브 하우징 (539A) 은 다소 실린더 형상이고, 밸브 보디 (539B) 는 디스크 형상이며, 도관들 (539C, 539D) 은 튜브 형상이다. 또한, 도 5a 에서, 밸브 (538) 는 제어 시스템 (도 5a 에서 미도시) 이 솔레노이드 (539F) 에 전류를 보내고 있지 않을 때 폐쇄된 위치로 도시된다. 그 결과로서, 탄성 부재 (539E) 는 유입 도관 (539C) 의 상부에 대하여 밸브 보디 (539B) 를 밀어서 밸브 (538) 를 닫는다.In this simplified example, the valve housing 539A is somewhat cylindrical, the valve body 539B is disk-shaped, and the conduits 539C and 539D are tubular. Also, in FIG. 5A, valve 538 is shown in a closed position when the control system (not shown in FIG. 5A) is not sending current to solenoid 539F. As a result, the elastic member 539E closes the valve 538 by pushing the valve body 539B against the top of the inlet conduit 539C.

전류가 솔레노이드 (539F) 로 보내지지 않을 때, 스프링 프리로드 포스가 업스트림 압력과 다운스트림 압력 사이의 압력 차이에 의해 생기는 포스보다 더 큰 한 밸브는 폐쇄된 채로 유지됨에 유의하여야 한다.It should be noted that when no current is sent to the solenoid 539F, the valve remains closed as long as the spring preload force is greater than the force created by the pressure difference between the upstream and downstream pressures.

도 5b 는 밸브 (538) 가 개방 포지션에 있을 때 도 5a 의 밸브 (538) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 제어 시스템 (도 5b 에 미도시) 은 솔레노이드 (539F) 에 전류를 보내고 있다. 전류가 솔레노이드로 보내질 때, 이것은 밸브 보디 (539B) 를 유입 도관 (539C) 의 상부로부터 멀리 위로 미는 (끌어당기는) 솔레노이드 포스 Fsolenoid 를 발생시킨다. 통상적으로, 솔레노이드 포스의 크기는 전류에 비례한다. 솔레노이드 (539F) 에 충분한 전류가 보내질 때, 탄성 부재 (539E) 의 스프링 프리로드 포스는 극복되고, 밸브 보디 (539B) 는 유입 도관 (539C) 의 상부로부터 멀리 이동되고, 밸브 (538) 는 개방된다. 또한, 전류의 양은 밸브 (538) 가 얼마나 멀리 열리는지를 결정할 것이다. 일반적으로, 밸브 개도 크기는 전류가 증가함에 따라 증가한다.5B is a simplified cutaway view of the valve 538 of FIG. 5A when the valve 538 is in an open position. At this time, the control system (not shown in Fig. 5B) is sending a current to the solenoid 539F. When current is sent to the solenoid, this creates a solenoid force F solenoid that pushes (pulls) the valve body 539B away from the top of the inlet conduit 539C. Typically, the magnitude of the solenoid force is proportional to the current. When sufficient current is sent to the solenoid 539F, the spring preload force of the elastic member 539E is overcome, the valve body 539B is moved away from the top of the inlet conduit 539C, and the valve 538 is opened. . Also, the amount of current will determine how far the valve 538 opens. In general, the size of the valve opening increases as the current increases.

도 5b 에서 예시된 바와 같이, 밸브 보디 (539B) 가 폐쇄 포지션으로부터 개방 포지션으로 이동된 양은 "y" 로서 지칭된다.As illustrated 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”.

도 5c 는, 유입 도관 (539C) 이 제거되고, 솔레노이드 (539F) 가 활성화되지 않으며, 도관들 (539C, 539D) 에서 압력이 존재하지 않는 상태에서 도 5a 의 밸브 (538) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 탄성 부재 (539E) 는 밸브 보디 (539B) 를 아래로 프리로드 거리 y0 만큼 민다. 밸브 보디 (539B) 는 레퍼런스에 대해 점선에서 폐쇄 포지션에 있는 것으로 도시된다. (도 5a 에서 도시된 바와 같이) 유입 도관 (539D) 이 제 자리에 있을 때, 탄성 부재 (539E) 는 탄성 부재 (539E) 의 스프링 상수 Ks 곱하기 프리로드 거리 y0 와 동일한 스프링 프리로드 포스를 인가한다.5C is a simplified cutaway view of the valve 538 of FIG. 5A with the inlet conduit 539C removed, the solenoid 539F not activated, and the presence of pressure in the conduits 539C, 539D. . At this time, the elastic member 539E pushes the valve body 539B down by the preload distance y 0 . The valve body 539B is shown in the closed position in the dashed line with respect to the reference. When the inlet conduit 539D is in place (as shown in Fig. 5A), the elastic member 539E calculates the spring preload force equal to the spring constant K s of the elastic member 539E times the preload distance y 0 . Approved.

밸브 (538) 의 제어는 다음과 같이 표현될 수 있다:The control of valve 538 can be expressed as follows:

Figure 112018120379195-pct00093
식 32
Figure 112018120379195-pct00093
Equation 32

식 32 및 다른 곳에서, Mv 는 밸브 보디 (539B) 의 질량이고;

Figure 112018120379195-pct00094
는 밸브 보디 (539B) 의 가속도이며; Cv 는 스프링 마찰에 의해 야기되는 감쇠이고;
Figure 112018120379195-pct00095
는 밸브 보디 (539B) 의 속도이고; Ks 는 탄성 부재 (539E) 의 스프링 상수이고; y0 는 프리로드 거리이며; kf 는 솔레노이드 포스 상수이고; u 는 솔레노이드에 보내지는 전류 커맨드이고; r 은 유입 도관 (539C) 의 상부에서의 반경이고; 델타 압력은 업스트림 압력과 다운스트림 압력 사이의 차이 (
Figure 112018120379195-pct00096
) 이다.In equation 32 and elsewhere, M v is the mass of the valve body 539B;
Figure 112018120379195-pct00094
Is the acceleration of the valve body 539B; C v is the damping caused by spring friction;
Figure 112018120379195-pct00095
Is the speed of the valve body 539B; K s is the spring constant of the elastic member 539E; y 0 is the preload distance; k f is the solenoid force constant; u is the current command sent to the solenoid; r is the radius at the top of the inlet conduit 539C; Delta pressure is the difference between upstream and downstream pressure (
Figure 112018120379195-pct00096
) to be.

도 5a 내지 도 5c 에서 예시된 밸브 (538) 의 유효 오리피스 면적 "a" 는 다음과 같이 표현될 수 있다:The effective orifice area “a” of the valve 538 illustrated in FIGS. 5A-5C can be expressed as follows:

Figure 112018120379195-pct00097
및 식 33
Figure 112018120379195-pct00097
And Equation 33

Figure 112018120379195-pct00098
식 34
Figure 112018120379195-pct00098
Equation 34

식 33 및 식 34, 그리고 다른 곳에서, A 는 밸브 면적 식이고; 그리고

Figure 112018120379195-pct00099
은 밸브 면적 식의 역이다.Equations 33 and 34, and elsewhere, A is the valve area equation; And
Figure 112018120379195-pct00099
Is the inverse of the valve area equation.

스프링 프리로드 포스를 극복하기 위해 필요한 데드-존 전류 u0 는 다음과 같이 표현될 수 있다:The dead-zone current u 0 required to overcome the spring preload force can be expressed as:

Figure 112018120379195-pct00100
식 35
Figure 112018120379195-pct00100
Equation 35

도 5a 내지 도 5c 에서 예시된 밸브 (538) 에 있어서, 누설 없이 최대 허용되는 압력 차이 ΔPmax 는 다음과 같이 표현될 수 있다:For the valve 538 illustrated in FIGS. 5A-5C, the maximum allowable pressure difference ΔP max without leakage can be expressed as follows:

Figure 112018120379195-pct00101
식 36
Figure 112018120379195-pct00101
Equation 36

도 5a 내지 도 5c 에 예시된 밸브 (538) 에 있어서, 정적 제어 전류는 다음과 같이 표현될 수 있다:For the valve 538 illustrated in FIGS. 5A-5C, the static control current can be expressed as follows:

Figure 112018120379195-pct00102
식 37
Figure 112018120379195-pct00102
Equation 37

상기 제공된 바와 같이, 유체 액추에이터 어셈블리 (24) 를 정확하게 제어하기 위해서, 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 각각에 내재된 비선형성들을 결정하는 것이 중요하다. 특정 실시형태들에서, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 는 각 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 의 밸브 특성들을 식별하기 위해서 분해되지 않는다. 대신에, 밸브 어셈블리 (24) 의 각각의 물리적 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 가 그것의 각각의 밸브 특성(들)을 결정하기 위해서 테스팅된다. 예를 들어, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 에 대해, 다양한 유입/유출 압력 차이들로 다양한 밸브 전류 커맨드들과 함께 유량이 측정된다. 후속하여, 각각의 밸브 (38C, 38D, 38E, 38F) 에 대해, 유효 오리피스 면적이 유동 방정식 (식들 24-31 참조) 을 이용하여 유량 정보로부터 계산될 수 있다.As provided above, in order to accurately control the fluid actuator assembly 24, it is important to determine the nonlinearities inherent in each of the valves 38C, 38D, 38E, 38F. In certain embodiments, each valve 38C, 38D, 38E, 38F is not disassembled to identify the valve characteristics of each valve 38C, 38D, 38E, 38F. Instead, each physical valve 38C, 38D, 38E, 38F of the valve assembly 24 is tested to determine its respective valve characteristic(s). For example, for each valve 38C, 38D, 38E, 38F, the flow rate is measured with various valve current commands with various inlet/outlet pressure differences. Subsequently, for each valve 38C, 38D, 38E, 38F, the effective orifice area can be calculated from the flow rate information using the flow equation (see equations 24-31).

도 6a 는 다양한 델타 압력들 ("ΔP") 에 대한 밸브 유효 오리피스 면적 대 전류 커맨드를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 다양한 델타 압력들에서 포핏 밸브를 실험적으로 테스팅함으로써 생성되었다. 예를 들어, 350kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 박스로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (600A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (600A) 은 350kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.6A is a graph showing valve effective orifice area versus current command for various delta pressures (“ΔP”). This graph was created by experimentally testing the poppet valve at various delta pressures. For example, while maintaining a delta pressure of 350 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small box. Subsequently, line 600A was created by curve fitting these data points. Line 600A represents the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 350 kPa.

다음으로, 300kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 원으로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (602A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (602A) 은 300kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Next, while maintaining a delta pressure of 300 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small circle. Subsequently, line 602A was created by curve fitting these data points. Line 602A shows the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 300 kPa.

유사하게, 250kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 "x" 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (604A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (604A) 은 250kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Similarly, while maintaining a delta pressure of 250 kPa, flow rates were measured at multiple different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small “x”. Subsequently, line 604A was created by curve fitting these data points. Line 604A shows the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 250 kPa.

추가로, 200kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 "z" 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (606A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (606A) 은 200kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, while maintaining a delta pressure of 200 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small “z”. Subsequently, line 606A was created by curve fitting these data points. Line 606A shows the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 200 kPa.

또한, 150kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 삼각형으로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (608A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (608A) 은 150kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.In addition, while maintaining a delta pressure of 150 kPa, the flow rate was measured at a plurality of different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small triangle. Subsequently, line 608A was created by curve fitting these data points. Line 608A shows the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 150 kPa.

추가적으로, 100kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, 작은 "+" 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (610A) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (610A) 은 100kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, while maintaining a delta pressure of 100 kPa, flow rates were measured at multiple different current commands for the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted in FIG. 6A as a small “+”. Subsequently, line 610A was created by curve fitting these data points. Line 610A shows the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 100 kPa.

마지막으로, 50kPa 의 델타 압력을 유지하면서, 솔레노이드에 대한 복수의 상이한 전류 커맨드들에서 유량이 측정되었다. 후속하여, 각각의 측정된 유량에 대해 유효 오리피스 면적이 계산되었고, D 로서 도 6a 에서 플로팅되었다. 후속하여, 라인 (612) 이 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (612) 은 50kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다.Finally, while maintaining a delta pressure of 50 kPa, the flow rate was measured at multiple different current commands to the solenoid. Subsequently, the effective orifice area was calculated for each measured flow rate and plotted as D in FIG. 6A. Subsequently, line 612 was created by curve fitting these data points. Line 612 shows the relationship between valve orifice area versus current command for a delta pressure of 50 kPa.

이 예에서, 이 밸브의 밸브 특성 (614) 은 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유효 밸브 오리피스 면적 대 전류 커맨드 사이의 관계를 나타낸다. 대안적으로, 예를 들어, 밸브 특성 (614) 은 (i) 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유효 밸브 오리피스 면적 대 전압 사이의 관계; (ii) 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유량 대 전류 커맨드 사이의 관계; 및/또는 (iii) 다수의 상이한 델타 압력들에 대한 유량 대 전압 사이의 관계일 수 있다.In this example, the valve characteristic 614 of this valve represents the relationship between the effective valve orifice area versus the current command for a number of different delta pressures. Alternatively, for example, the valve characteristic 614 may include (i) the relationship between effective valve orifice area versus voltage for a number of different delta pressures; (ii) the relationship between the flow versus current command for a number of different delta pressures; And/or (iii) a relationship between flow rate versus voltage for a number of different delta pressures.

상기 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 밸브 특성 (614) 은 그 밸브의 제어에 후속하여 사용되는 반전된 밸브 특성 (616) 을 생성하기 위하여 반전된다. 예를 들어, 도 6a 에서의 데이터는 도 6b 에서 도시된 반전된 밸브 특성 (616) 을 생성하기 위해서 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 될 수 있다.As provided above, in certain embodiments, the valve characteristic 614 is inverted to create an inverted valve characteristic 616 that is used subsequent to control of the valve. For example, the data in FIG. 6A can be inverted (the X and Y axes of the graph are switched) to produce the inverted valve characteristic 616 shown in FIG. 6B.

보다 구체적으로, 도 6b 는 도 6a 에서의 그래프의 역 (inversion) 인 밸브 전류 커맨드 대 유효 오리피스 면적을 나타내는 그래프이다. 이 예에서, 도 6a 로부터의 데이터는 도 6b 에서의 그래프를 생성하기 위해서 반전된다. 후속하여, 도 6b 에서의 곡선들을 생성하기 위해서 커브 피팅 (curve fitting) 이 사용된다.More specifically, FIG. 6B is a graph showing the effective orifice area versus valve current command, which is the inversion of the graph in FIG. 6A. In this example, the data from Fig. 6A is inverted to produce the graph in Fig. 6B. Subsequently, curve fitting is used to generate the curves in FIG. 6B.

예를 들어, 350kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 박스들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (600B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (600B) 은 350kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.For example, at a delta pressure of 350 kPa, the data are presented as small boxes. Subsequently, line 600B was created by curve fitting these data points. Line 600B represents the relationship between the valve orifice area and the valve current command for a delta pressure of 350 kPa.

다음으로, 300kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 원들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (602B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (602B) 은 300kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Next, at a delta pressure of 300 kPa, the data are represented as small circles. Subsequently, line 602B was created by curve fitting these data points. Line 602B represents the relationship between the valve orifice area and the valve current command for a delta pressure of 300 kPa.

유사하게, 250kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "x" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (604B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (604B) 은 250kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Similarly, at a delta pressure of 250 kPa, the data are expressed as small "x"s. Subsequently, line 604B was created by curve fitting these data points. Line 604B represents the relationship between the valve orifice area and the valve current command for a delta pressure of 250 kPa.

추가로, 200kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "z" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (606B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (606B) 은 200kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, at a delta pressure of 200 kPa, the data are expressed as small "z"s. Subsequently, line 606B was created by curve fitting these data points. Line 606B represents the relationship between the valve orifice area and the valve current command for a delta pressure of 200 kPa.

또한, 150kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 삼각형들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (608B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (608B) 은 150kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Also, at a delta pressure of 150 kPa, the data are represented as small triangles. Subsequently, line 608B was created by curve fitting these data points. Line 608B represents the relationship between the valve orifice area and the valve current command for a delta pressure of 150 kPa.

추가적으로, 100kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "+" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (610B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (610B) 은 100kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Additionally, at a delta pressure of 100 kPa, the data are expressed as small "+"s. Subsequently, line 610B was created by curve fitting these data points. Line 610B represents the relationship between the valve orifice area and the valve current command for a delta pressure of 100 kPa.

마지막으로, 50kPa 의 델타 압력에서, 데이터는 작은 "D" 들로서 표현된다. 후속하여, 라인 (612B) 은 이들 데이터 포인트들을 커브 피팅함으로써 생성되었다. 라인 (612B) 은 50kPa 의 델타 압력에 대한 밸브 전류 커맨드와 밸브 오리피스 면적 사이의 관계를 나타낸다.Finally, at a delta pressure of 50 kPa, the data are expressed as small "Ds". Subsequently, line 612B was created by curve fitting these data points. Line 612B represents the relationship between the valve orifice area and the valve current command for a delta pressure of 50 kPa.

도 6b 그래프로부터의 반전된 밸브 특성 (616) 데이터는 밸브를 정확하게 제어하기 위해 제어 시스템에 의해 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 제어 시스템은 다른 델타 압력들에서 밸브를 정확하게 제어하기 위해서 다른 델타 압력들에 대한 데이터를 생성하기 위해 보간 (interpolation) 을 이용할 수 있음에 또한 유의하여야 한다.It should be noted that the inverted valve characteristic 616 data from the FIG. 6B graph can be used by the control system to accurately control the valve. It should also be noted that the control system can use interpolation to generate data for different delta pressures to accurately control the valve at different delta pressures.

도 7a 내지 도 7d 는 도 1 로부터의 밸브들 (38C, 38D, 38E, 38F) 중 하나로서 사용될 수 있는 다양한 밸브 포지션들에서의 다른 타입의 밸브 (738) 의 단순화된 절개 도시들이다. 보다 구체적으로, 도 7a 는 완전히 폐쇄된 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이고; 도 7b 는 폐쇄된, 베이스라인 (개방 준비) 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이며; 도 7c 는 부분적으로 열린 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이고; 그리고, 도 7d 는 완전히 열린 포지션에서의 스풀 타입 밸브 (738) 의 단순화된 측면 도시이다.7A-7D are simplified cutaway views of another type of valve 738 at various valve positions that may be used as one of the valves 38C, 38D, 38E, 38F from FIG. 1. More specifically, FIG. 7A is a simplified side view of the spool type valve 738 in a fully closed position; 7B is a simplified side view of the spool type valve 738 in a closed, baseline (ready to open) position; 7C is a simplified side view of the spool type valve 738 in a partially open position; And, Fig. 7D is a simplified side view of the spool type valve 738 in the fully open position.

이 실시형태에서, 밸브 (738) 는 밸브 하우징 (739A), 가동 밸브 보디 (739B) (때로는 "스풀 (spool)" 로서 지칭됨), 유입 개구 (미도시), 유출 개구 (739D), 밸브 보디 (739B) 를 우측에서 좌측으로 미는 탄성 부재 (739E) (예컨대, 스프링), 및 밸브 보디 (739B) 를 좌측에서 우측으로 이동시키는 솔레노이드 (739F) 를 포함하는 스풀 타입 밸브이다.In this embodiment, the valve 738 is 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. It is a spool type valve including an elastic member 739E (e.g., a spring) that pushes 739B from right to left, and a solenoid 739F that moves the valve body 739B from left to right.

이 단순화된 예에서, 밸브 하우징 (739A) 은 약간 중공의 실린더 형상이고, 밸브 보디 (739B) 는 디스크 형상이며, 개구들 (739D) 은 원 형상이고 밸브 하우징 (738A) 의 대향 측들 상에 위치되고 그들 사이에 밸브 보디 (739B) 가 위치된다.In this simplified example, the valve housing 739A is in the shape of a slightly hollow cylinder, the valve body 739B is in the shape of a disk, the openings 739D are in a circular shape and are located on opposite sides of the valve housing 738A. A valve body 739B is positioned between them.

업스트림 압력과 다운스트림 압력이 밸브 보디 (739B) 에 대해 직교하기 때문에, 델타 압력은 밸브 (738) 의 개방 또는 폐쇄에 영향을 미치지 않을 것임에 유의하여야 한다.It should be noted that since the upstream and downstream pressures are orthogonal to the valve body 739B, the delta pressure will not affect the opening or closing of the valve 738.

추가로, 도 7a 에서, 밸브 (738) 는 제어 시스템 (도 7a 에서 미도시) 이 솔레노이드 (739F) 에 전류를 보내고 있지 않을 때 완전히 폐쇄된 포지션에서 도시된다. 이 때, 밸브 보디 (739B) 는 밸브 (738) 를 닫기 위해서 유입구 및 유출구 (739D) 양자를 커버한다.Additionally, in Fig. 7A, the valve 738 is shown in a fully closed position when the control system (not shown in Fig. 7A) is not sending current to the solenoid 739F. At this time, the valve body 739B covers both the inlet port and the outlet port 739D to close the valve 738.

도 7b 는 밸브 (738) 가 그것이 열리기 직전에 베이스라인 포지션에 있는 상태에서 도 7a 의 밸브 (738) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 제어 시스템 (도 7b 에서 미도시) 은 솔레노이드 (739F) 에 전류를 보내고 있다. 전류가 솔레노이드로 보내질 때, 이것은 밸브 (738) 가 열릴 준비가 된 베이스라인 포지션 (yb) 으로 밸브 보디 (739B) 를 미는 솔레노이드 포스 Fsolenoid 를 생성한다.7B is a simplified cutaway view of the valve 738 of FIG. 7A with the valve 738 in the baseline position just before it opens. At this time, the control system (not shown in Fig. 7B) is sending a current to the solenoid 739F. When current is sent to the solenoid, this creates a solenoid force F solenoid that pushes the valve body 739B to the baseline position (y b ) where the valve 738 is ready to open.

도 7c 는 밸브 (738) 가 부분적으로 열린 포지션에 있는 상태에서 도 7a 의 밸브 (738) 의 단순화된 절개도이다. 이 때, 제어 시스템 (도 7c 에서 미도시) 은 솔레노이드 (739F) 에 전류를 보내고 있다. 전류가 솔레노이드로 보내질 때, 이것은 밸브 (738) 가 부분적으로 열린 포지션 (y) 으로 밸브 보디 (739B) 를 미는 솔레노이드 포스 Fsolenoid 를 생성한다.7C is a simplified cutaway view of the valve 738 of FIG. 7A with the valve 738 in a partially open position. At this time, the control system (not shown in Fig. 7C) is sending a current to the solenoid 739F. When current is sent to the solenoid, this creates a solenoid force F solenoid that pushes valve body 739B into position y where valve 738 is partially open.

통상적으로, 솔레노이드 포스의 크기는 전류에 비례한다. 충분한 전류가 솔레노이드 (739F) 에 보내질 때, 탄성 부재 (739F) 의 스프링 프리로드 포스가 극복되고, 밸브 보디 (739B) 가 이동된다. 또한, 전류의 양은 밸브 (738) 가 얼마나 멀리 열리는지를 결정할 것이다. 일반적으로, 밸브 개구의 크기는 전류가 증가함에 따라 증가한다.Typically, the magnitude of the solenoid force is proportional to the current. When sufficient current is sent to the solenoid 739F, the spring preload force of the elastic member 739F is overcome, and the valve body 739B is moved. Also, the amount of current will determine how far the valve 738 opens. In general, the size of the valve opening increases as the current increases.

도 7d 는 밸브 (738) 가 완전히 열린 포지션에 있는 상태에서 도 7a 의 밸브 (738) 의 단순화된 절개도이다.7D is a simplified cutaway view of the valve 738 of FIG. 7A with the valve 738 in the fully open position.

이 실시형태에서, 도 7a 내지 도 7d 에서 도시된 밸브 (738) 에 대한 밸브 기계 동역학은 다음과 같이 표현될 수 있다:In this embodiment, the valve mechanical dynamics for the valve 738 shown in FIGS. 7A-7D can be expressed as follows:

Figure 112018120379195-pct00103
식 38
Figure 112018120379195-pct00103
Equation 38

식 38 및 다른 곳에서, Mv 는 밸브 보디 (739B) 의 질량이고;

Figure 112018120379195-pct00104
는 밸브 보디 (739B) 의 가속도이며; Cv 는 스프링 마찰에 의해 야기되는 감쇠이고;
Figure 112018120379195-pct00105
는 밸브 보디 (739B) 의 속도이고; Ks 는 탄성 부재 (739E) 의 스프링 상수이고; y0 는 프리로드 거리이며; kf 는 솔레노이드 포스 상수이고; u 는 솔레노이드에 보내지는 전류 커맨드이고; fpreload 는 탄성 부재 (739E) 의 프리-로드 포스이다.In equation 38 and elsewhere, M v is the mass of the valve body 739B;
Figure 112018120379195-pct00104
Is the acceleration of the valve body 739B; C v is the damping caused by spring friction;
Figure 112018120379195-pct00105
Is the speed of the valve body 739B; K s is the spring constant of the elastic member 739E; y 0 is the preload distance; k f is the solenoid force constant; u is the current command sent to the solenoid; f preload is the pre-load force of the elastic member 739E.

도 7e 는 부분적으로 열린 포지션에서의 유출구 (739D) 및 밸브 보디 (739B) 의 단순화된 도시이고, 이는 유효 오리피스 면적의 설명에 도움이 된다. 이 예에서,

Figure 112018120379195-pct00106
이다. 추가로, 이 타입의 밸브 (738) 의 유효 오리피스 면적 (Aeff) 은 다음과 같이 계산될 수 있다:7E is a simplified illustration of the valve body 739B and outlet 739D in the partially open position, which aids in the explanation of the effective orifice area. In this example,
Figure 112018120379195-pct00106
to be. Additionally, the effective orifice area A eff of this type of valve 738 can be calculated as follows:

Figure 112018120379195-pct00107
및 식 39
Figure 112018120379195-pct00107
And equation 39

Figure 112018120379195-pct00108
식 40
Figure 112018120379195-pct00108
Equation 40

도 8a 는 도 7a 내지 도 7d 에서 도시된 밸브에 대해 상기 공식들을 이용하여 계산된 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션을 나타내는 그래프이다. 이 예에서, 이 밸브의 밸브 특성 (814) 은 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션의 관계를 나타낸다.8A is a graph showing normalized effective orifice area versus normalized spool position calculated using the above formulas for the valve shown in FIGS. 7A-7D. In this example, the valve characteristic 814 of this valve represents the relationship of normalized effective orifice area versus normalized spool position.

상기 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 밸브 특성 (814) 은 그 밸브의 제어에 후속하여 사용되는 도 8b 에서 도시된 반전된 밸브 특성 (816) 을 생성하기 위해 반전된다. 예를 들어, 도 8a 에서의 데이터는 스풀 포지션 대 정규화된 유효 오리피스 면적을 플로팅하는 도 8b 에서 도시된 반전된 밸브 특성 (816) 을 생성하기 위해 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 될 수 있다.As provided above, in certain embodiments, the valve characteristic 814 is inverted to create the inverted valve characteristic 816 shown in FIG. 8B that is used subsequent to the control of that valve. For example, the data in FIG. 8A can be inverted (the X and Y axes of the graph are switched) to produce the inverted valve characteristic 816 shown in FIG. 8B plotting the spool position versus the normalized effective orifice area. have.

소정 밸브들 (예컨대, 스풀 밸브들) 은 백래시-유사 히스테리시스를 갖는다. 이들 밸브들에서, 동일한 전류 커맨드에 대해, 스풀 포지션은 이전의 커맨드 이력에 의존하여 상이할 수 있다.Certain valves (eg, spool valves) have backlash-like hysteresis. In these valves, for the same current command, the spool position can be different depending on the previous command history.

도 9a 는 스풀 밸브의 테스트 결과들을 나타내는 그래프이다. 도 9a 에서, 그래프는 스풀 포지션 대 전압을 나타낸다. 또한, 도 9b 는 스풀 밸브의 시뮬레이션된 결과들을 나타내는 그래프이다. 도 9b 에서, 그래프는 스풀 포지션 대 전류를 나타낸다. 이들 도면들은 동일한 전류 커맨드 (또는 전압 커맨드) 에 대해, 이전의 커맨드 이력에 의존하여 스풀 포지션이 상이할 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 도 9a 를 참조하면, 동일한 커맨드 (예컨대, 5 볼트) 에 대해, 스풀 포지션은 이전의 커맨드에 의존하여 상이할 것이다. 유사하게, 도 9b 를 참조하면, 동일한 커맨드 (예컨대, 0.5 암페어) 에 대해, 스풀 포지션은 이전의 커맨드에 의존하여 상이할 것이다.9A is a graph showing test results of a spool valve. In Fig. 9A, the graph shows the spool position versus voltage. Also, FIG. 9B is a graph showing the simulated results of the spool valve. In Figure 9B, the graph shows the spool position versus current. These figures show that 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, for the same command (eg, 5 volts), the spool position will be different depending on the previous command. Similarly, referring to FIG. 9B, for the same command (eg, 0.5 amps), the spool position will be different depending on the previous command.

본원에서 제공된 바와 같이, 도 9a 를 참조하면, 이 밸브의 다른 밸브 특성 (914) 이 스풀 포지션 대 전압의 관계에 의해 표현된다. 도 9b 를 참조하면, 이 밸브의 또 다른 밸브 특성 (915) 이 스풀 포지션 대 전류의 관계에 의해 표현된다. 따라서, 본원에서 제공된 바와 같이, 스풀 밸브 비선형성들 (백래시 및 유효 오리피스 지오메트리) 이 교정되고 모델링될 수 있다. 후속하여, 그것들의 역이 스풀 밸브를 선형화하기 위해서 제어 소프트웨어에 적용될 수 있다.As provided herein, referring to FIG. 9A, another valve characteristic 914 of this valve is represented by the relationship of spool position versus voltage. Referring to Fig. 9B, another valve characteristic 915 of this valve is represented by the relationship of spool position versus current. Thus, as provided herein, spool valve nonlinearities (backlash and effective orifice geometry) can be corrected and modeled. Subsequently, their inverse can be applied to the control software to linearize the spool valve.

밸브의 백래시를 계산하기 위해 이용되는 방법은 변화될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 전류 (또는 전압) 커맨드를 제로에서 최대로 점진적으로 증가시키고 그 다음에 그것을 밸브 보디의 포지션을 모니터링하면서 제로로 점진적으로 감소시킴으로써 교정이 수행될 수 있다. 전류 (또는 전압) 커맨드 대 스풀 포지션 데이터는 후속하여 보정 맵 (compensation map) 으로서 사용된다.The method used to calculate the backlash of the valve can be varied. In one embodiment, calibration may be performed by gradually increasing the current (or voltage) command from zero to 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 subsequently used as a compensation map.

특정 실시형태들에서, 밸브의 베이스라인 포지션 (y0) 은 백래시를 교정하는 동안 결정될 수 있다. 베이스라인 포지션은 오리피스가 열리기 시작하는 때를 결정하기 위해 밸브의 유출 유동을 체크하면서, 전류 커맨드를 약간 증가시킴으로써 결정될 수 있다.In certain embodiments, the valve's baseline position (y 0 ) can be determined during backlash correction. The baseline position can be determined by slightly increasing the current command while checking the outflow flow of the valve to determine when the orifice begins to open.

도 10a 는 스풀 밸브의 2 가지 밸브 특성들을 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 10a 는 (i) 제 1 밸브 특성 (1014), 예컨대, 정규화된 유효 오리피스 면적 대 정규화된 스풀 포지션을 나타내는 그래프; 및 (ii) 제 2 밸브 특성 (1015), 예컨대, 스풀 포지션 대 전류를 나타내는 그래프를 포함한다. 그래프들 (1014, 1015) 에 대한 데이터는 실험적으로 획득되거나 계산될 수 있다.10A shows two valve characteristics of a spool valve. More specifically, FIG. 10A is a graph showing (i) a first valve characteristic 1014, eg, normalized effective orifice area versus normalized spool position; And (ii) a graph showing the second valve characteristic 1015, eg, spool position versus current. Data for graphs 1014 and 1015 can be obtained or calculated experimentally.

상기 제공된 바와 같이, 특정 실시형태들에서, 밸브 특성들 (1014, 1015) 은, 후속하여 그 밸브의 제어에 사용되는 도 10b 에서 도시된 반전된 밸브 특성들 (1016, 1017) 을 생성하기 위해 반전된다. 예를 들어, 그래프 (1014) 로부터의 데이터는 정규화된 스풀 포지션 대 정규화된 유효 오리피스 면적을 플로팅하는 그래프 (1016) 를 생성하기 위해 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 된다. 또한, 그래프 (1015) 로부터의 데이터는 전류 대 스풀 포지션을 플로팅하는 그래프 (1017) 를 생성하기 위해 반전 (그래프의 X 및 Y 축들이 전환) 된다. 본원에서 제공된 바와 같이, 반전된 밸브 특성들 (1016, 1017) 은 밸브의 비선형성들에도 불구하고 밸브의 유효 오리피스 면적을 정확하게 제어하기 위해 도움이 된다.As provided above, in certain embodiments, the valve characteristics 1014, 1015 are subsequently reversed to create the inverted valve characteristics 1016, 1017 shown in FIG. 10B used for control of that valve. do. For example, data from graph 1014 is inverted (the X and Y axes of the graph are switched) to create a graph 1016 that plots the normalized spool position versus the normalized effective orifice area. In addition, the data from graph 1015 is inverted (the X and Y axes of the graph are switched) to create a graph 1017 that plots current versus spool position. As provided herein, inverted valve characteristics 1016, 1017 help to accurately control the effective orifice area of the valve despite the nonlinearities of the valve.

반전된 밸브 특성들 (1016, 1017) 은 룩-업 테이블, 맵, 그래프들, 차트들, 또는 분석적 또는 피팅된 모델의 형태일 수 있다.Inverted valve characteristics 1016 and 1017 may be in the form of a look-up table, map, graphs, charts, or analytic or fitted model.

도 11 은 본 발명에 있어서 유용한 노광 장치 (1170) 를 나타내는 모식도이다. 노광 장치 (1170) 는 장치 프레임 (1172), 조명 시스템 (1182) (조사 장치), 마스크 스테이지 어셈블리 (1184), 광학 어셈블리 (1186) (렌즈 어셈블리), 플레이트 스테이지 어셈블리 (1110), 및 마스크 스테이지 어셈블리 (1184) 및 플레이트 스테이지 어셈블리 (1110) 를 제어하는 제어 시스템 (1120) 을 포함한다.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, and a mask stage assembly. 1184 and a control system 1120 that controls the plate stage assembly 1110.

노광 장치 (1170) 는 마스크 (1188) 로부터 워크피스 (1122) 상으로 액정 디스플레이 디바이스의 패턴 (미도시) 을 전사하는 리소그래픽 디바이스로서 특히 유용하다.The exposure apparatus 1170 is particularly useful as a lithographic device for transferring a pattern (not shown) of a liquid crystal display device from a mask 1188 to a workpiece 1122.

장치 프레임 (1172) 은 강성이고, 노광 장치 (1170) 의 컴포넌트들을 지지한다. 장치 프레임 (1172) 의 설계는 노광 장치 (1170) 의 나머지에 대한 설계 요건들에 맞게 변화될 수 있다.The apparatus frame 1172 is rigid and supports the components of the exposure apparatus 1170. The design of the apparatus frame 1172 can be varied to suit the design requirements for the rest of the exposure apparatus 1170.

조명 시스템 (1182) 은 조명 소스 (1192) 및 조명 광학 어셈블리 (1194) 를 포함한다. 조명 소스 (1192) 는 광 에너지의 빔 (광선) 을 방출한다. 조명 광학 어셈블리 (1194) 는 광 에너지의 빔을 조명 소스 (1192) 로부터 마스크 (1188) 로 가이드한다. 빔은 마스크 (1188) 의 상이한 부분들을 선택적으로 조명하고 워크피스 (1122) 를 노광한다.The illumination system 1182 includes an illumination source 1192 and an illumination optical assembly 1194. The illumination source 1192 emits a beam of light energy (rays). The illumination optical assembly 1194 guides a beam of light energy from the illumination source 1192 to the mask 1188. The beam selectively illuminates different portions of the mask 1188 and exposes the workpiece 1122.

광학 어셈블리 (1186) 는 워크피스 (1122) 에 마스크 (1188) 를 통과하는 광을 투영 및/또는 포커싱한다. 노광 장치 (1170) 의 설계에 의존하여, 광학 어셈블리 (1186) 는 마스크 (1188) 상에 조명되는 이미지를 확대 또는 축소할 수 있다.The optical assembly 1188 projects and/or focuses the light passing through the mask 1188 onto the workpiece 1122. Depending on the design of the exposure apparatus 1170, the optical assembly 1188 can enlarge or reduce the image illuminated on the mask 1188.

마스크 스테이지 어셈블리 (1184) 는 광학 어셈블리 (1186) 및 워크피스 (1122) 에 대하여 마스크 (1188) 를 유지 및 포지셔닝시킨다. 유사하게, 플레이트 스테이지 어셈블리 (1110) 는 마스크 (1188) 의 조명된 부분들의 투영된 이미지에 대해 워크피스 (1122) 를 유지하고 포지셔닝시킨다.The mask stage assembly 1184 holds and positions the mask 1188 with respect to the optical assembly 1188 and the work piece 1122. Similarly, the plate stage assembly 1110 holds and positions the workpiece 1122 against the projected image of the illuminated portions of the mask 1188.

다수의 상이한 타입들의 리소그래픽 디바이스들이 존재한다. 예를 들어, 노광 장치 (1170) 는 마스크 (1188) 및 워크피스 (1122) 가 동기적으로 이동하면서 마스크 (1188) 로부터의 패턴을 유리 워크피스 (1122) 상에 노광하는 스캐닝 타입의 포토리소그래피 시스템으로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 노광 장치 (1170) 는 마스크 (1188) 및 워크피스 (1122) 가 정지하는 동안 마스크 (1188) 를 노광하는 스텝-앤드-리피트 타입의 포토리소그래피 시스템일 수 있다. There are many different types of lithographic devices. For example, the exposure apparatus 1170 is a scanning type photolithography system in which a pattern from the mask 1188 is exposed on a glass workpiece 1122 while the mask 1188 and the workpiece 1122 move synchronously. Can be used as Alternatively, the exposure apparatus 1170 may be a step-and-repeat type of photolithography system that exposes the mask 1188 while the mask 1188 and workpiece 1122 are stationary.

하지만, 본원에서 제공되는 노광 장치 (1170) 및 스테이지 어셈블리들의 사용은 액정 디스플레이 디바이스 제조를 위한 포토리소그래피 시스템에 한정되지 않는다. 노광 장치 (1170) 는, 예를 들어, 웨이퍼 상에 집적 회로 패턴을 노광하는 반도체 포토리소그래피 시스템 또는 박막 자기 헤드를 제조하기 위한 포토리소그래피 시스템으로서 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명은 렌즈 어셈블리의 사용 없이 마스크 및 기판을 가깝게 위치시킴으로써 마스크 패턴을 노광하는 근접 포토리소그래피 시스템에 또한 적용될 수 있다. 추가적으로, 본원에서 제공된 본 발명은 다른 평판 디스플레이 프로세싱 장비, 엘리베이터들, 머신 툴들, 금속 절단 머신들, 검사 머신들 및 디스크 드라이브들을 포함하는 다른 디바이스들에서 사용될 수 있다.However, the use of the exposure apparatus 1170 and stage assemblies provided herein is not limited to a photolithography system for manufacturing a liquid crystal display device. The exposure apparatus 1170 can be used, for example, as a semiconductor photolithography system for exposing an integrated circuit pattern on a wafer or a photolithography system for manufacturing a thin film magnetic head. Additionally, the present invention can also be applied to a close-up photolithography system that exposes a mask pattern by placing the mask and substrate close together without the use of a lens assembly. Additionally, the invention provided herein can be used in other devices including other flat panel display processing equipment, elevators, machine tools, metal cutting machines, inspection machines and disk drives.

상기 기술된 실시형태들에 따른 포토리소그래피 시스템은, 규정된 기계적 정확도, 전기적 정확도, 및 광학적 정확도가 유지되는 방식으로, 첨부된 청구항들에서 열거된 각 요소를 포함하는 다양한 시스템들을 어셈블링함으로써 구축될 수 있다. 다양한 정확도들을 유지하기 위해, 어셈블리 이전에 그리고 어셈블리에 이어서, 모든 광학 시스템은 그것의 광학적 정확도를 달성하기 위해서 조정된다. 유사하게, 모든 기계적 시스템 및 모든 전기적 시스템은 그것들의 각각의 기계적 및 전기적 정확도들을 달성하도록 조정된다. 각 서브시스템을 포토리소그래피 시스템 내로 어셈블링하는 프로세스는 각 서브시스템 사이의 기계적 인터페이스들, 전기적 회로 배선 접속들 및 공기 압력 배관 접속들을 포함한다. 물론, 다양한 서브시스템들로부터 포토리소그래피 시스템을 어셈블링하기 이전에 각 서브시스템이 어셈블링되는 프로세스가 또한 존재한다. 일단 포토리소그래피 시스템이 다양한 서브시스템들을 이용하여 어셈블링되고 나면, 완성된 포토리소그래피 시스템에서 정확도가 유지되도록 확실히 하기 위해 총체적인 조정이 수행된다. 추가적으로, 온도 및 청정도가 제어되는 클린 룸에서 노광 시스템을 제조하는 것이 바람직하다.A photolithographic system according to the above-described embodiments can be built by assembling various systems including each element recited in the appended claims in such a way that the specified mechanical, electrical, and optical accuracy are maintained. I can. In order to maintain various accuracies, prior to assembly and following assembly, all optical systems are adjusted to achieve their optical accuracy. Similarly, all mechanical systems and all electrical systems are tuned to achieve their respective mechanical and electrical accuracy. The process of assembling each subsystem into a photolithographic system includes mechanical interfaces, electrical circuit wiring connections, and air pressure piping connections between each subsystem. Of course, there is also a process in which each subsystem is assembled prior to assembling the photolithographic system from the various subsystems. Once the photolithography system has been assembled using the various subsystems, a total adjustment is made to ensure that accuracy is maintained in the finished photolithography system. Additionally, it is desirable to manufacture an exposure system in a clean room in which temperature and cleanliness are controlled.

또한, 디바이스는 도 12 에서 일반적으로 나타낸 프로세스에 의해 상기 설명된 시스템들을 이용하여 제조될 수 있다. 단계 1201 에서, 디바이스의 기능 및 성능 특성들이 설계된다. 다음으로, 단계 1202 에서, 패턴을 갖는 마스크 (레티클) 가 이전 설계 단계에 따라 설계되고, 병렬적 단계 1203 에서, 유리 플레이트가 만들어진다. 단계 1202 에서 설계된 마스크 패턴은 본 발명에 따른 상기 본 명세서에서 설명된 포토리소그래피 시스템에 의해 단계 1204 에서 단계 1203 으로부터의 유리 플레이트 상으로 노광된다. 단계 1205 에서, 평판 디스플레이 디바이스가 조립되고 (다이싱 프로세스, 본딩 프로세스 및 패키징 프로세스 포함), 최종적으로, 디바이스가 그 다음에 단계 1206 에서 검사된다.Further, the device can be manufactured using the systems described above by the process generally shown in FIG. 12. In step 1201, the functional and performance characteristics of the device are designed. Next, in step 1202, a mask (reticle) with a pattern is designed according to the previous design step, and in parallel step 1203, a glass plate is made. The mask pattern designed in step 1202 is exposed onto the glass plate from step 1203 in step 1204 by the photolithography system described herein above according to the present invention. In step 1205, the flat panel display device is assembled (including the dicing process, bonding process and packaging process), and finally, the device is then inspected in step 1206.

스테이지 어셈블리 (10) 의 다수의 상이한 실시형태들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 임의의 하나의 실시형태의 하나 이상의 특징들은, 결합이 본 발명의 의도를 만족시킨다면, 다른 실시형태들 중 하나 이상의 실시형태들의 하나 이상의 특징들과 결합될 수 있음을 이해하여야 한다.While a number of different embodiments of stage assembly 10 have been illustrated and described herein, one or more features of any one embodiment may be implemented in one or more of the other embodiments, provided the combination satisfies the intent of the present invention. It is to be understood that one or more features of the forms may be combined.

스테이지 어셈블리 (10) 의 다수의 예시적인 양태들 및 실시형태들이 상기 본 명세서에서 나타나고 개시되었지만, 통상의 기술자는 그것의 어떤 변형들, 치환들, 부가들 및 하위-조합들을 인식할 것이다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항들 및 이하에서 도입되는 청구항들은 그것들의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 것으로서 모든 이러한 변형들, 치환들, 부가들 및 하위-조합들을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도되고, 본 명세서에서 나타난 구성 또는 설계들에 대해 어떤 제한들도 의도되지 아니한다.While a number of exemplary aspects and embodiments of stage assembly 10 have been shown and disclosed herein above, one of ordinary skill in the art will recognize certain variations, substitutions, additions and sub-combinations thereof. Accordingly, the following appended claims and the claims introduced hereinafter are intended to be construed as including all such modifications, substitutions, additions and sub-combinations as within their true spirit and scope, and this specification No limitations are intended to the configuration or designs shown in.

Claims (20)

이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 스테이지 어셈블리로서,
상기 스테이지 어셈블리는,
상기 워크피스에 커플링하도록 구성되는 스테이지;
베이스;
상기 스테이지에 커플링되고 상기 스테이지를 상기 베이스에 대하여 상기 이동 축을 따라서 이동시키는 유체 액추에이터 어셈블리로서, 상기 유체 액추에이터 어셈블리는 피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징, 상기 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 상기 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및 상기 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리를 포함하고, 상기 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성을 갖는 제 1 유입 밸브를 포함하는, 상기 유체 액추에이터 어셈블리; 및
상기 피스톤 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하기 위해 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은 상기 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 상기 제 1 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유입 밸브 특성의 역 (inverse) 을 이용하는, 상기 제어 시스템을 포함하고,
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브의 실험적 테스팅에 의해 결정되는, 스테이지 어셈블리.
A stage assembly for positioning a workpiece along an axis of movement,
The stage assembly,
A stage configured to couple to the workpiece;
Base;
A fluid actuator assembly coupled to the stage and moving the stage with respect to the base along the axis of movement, the fluid actuator assembly being positioned within the piston housing defining a piston chamber, and positioned in the piston chamber along the piston axis. A piston moving relative to the piston, and a valve assembly for controlling a flow of the piston fluid into the piston chamber, the valve assembly comprising a first inlet valve having a first inlet valve characteristic; And
A control system for controlling the valve assembly to control the flow of the piston fluid into the piston chamber, the control system defined as a relationship of at least two variables to the first inlet valve to control the valve assembly. The control system using an inverse of the first inlet valve characteristic to be,
The first inlet valve characteristic is determined by experimental testing of the first inlet valve.
제 1 항에 있어서,
상기 피스톤은 상기 피스톤 챔버를 상기 피스톤의 대향 편들에 있는 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리하고; 상기 밸브 어셈블리는 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 1,
The piston separates the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston; Wherein the valve assembly controls the flow of the piston fluid into the first chamber and the second chamber.
제 2 항에 있어서,
상기 밸브 어셈블리는 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 유동을 제어하는, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 2,
The valve assembly controls the flow of the piston fluid out of the first chamber and the second chamber.
제 3 항에 있어서,
상기 밸브 어셈블리는 (i) 상기 제 1 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 상기 제 1 유입 밸브; (ii) 상기 제 1 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 1 유출 밸브; (iii) 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유입 밸브; 및 (iv) 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유출 밸브를 포함하는, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 3,
The valve assembly comprises: (i) the first inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the first chamber; (ii) a first outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the first chamber; (iii) a second inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the second chamber; And (iv) a second outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the second chamber.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 유출 밸브는 제 1 유출 밸브 특성을 가지고, 상기 제 2 유입 밸브는 제 2 유입 밸브 특성을 가지며, 상기 제 2 유출 밸브는 제 2 유출 밸브 특성을 가지고; 상기 제어 시스템은 또한, 상기 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 상기 제 1 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유출 밸브 특성의 역, 상기 제 2 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유입 밸브 특성의 역, 및 상기 제 2 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유출 밸브 특성의 역을 이용하는, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 4,
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 is also further configured to control the valve assembly with an inverse of the first outlet valve characteristic, defined as a relationship of at least two variables for the first outlet valve, with a relationship of at least two variables for the second inlet valve A stage assembly using an inverse of the second inlet valve characteristic defined, and an inverse of the second outlet valve characteristic defined by a relationship of at least two variables to the second outlet valve.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 유출 밸브 특성은 상기 제 1 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정되며, 상기 제 2 유입 밸브 특성은 상기 제 2 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정되고, 상기 제 2 유출 밸브 특성은 상기 제 2 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 결정되는, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 4,
The first outlet valve characteristic is determined using experimental testing of the first outlet valve, the second inlet valve characteristic is determined using experimental testing of the second inlet valve, and the second outlet valve characteristic is the Stage assembly as determined using experimental testing of the second outlet valve.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 유효 오리피스 면적 사이의 관계인, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 1,
Wherein the first inlet valve characteristic is a relationship between an effective orifice area and a current command for the first inlet valve.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 밸브 포지션 사이의 관계인, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 1,
Wherein the first inlet valve characteristic is a relationship between a current command for the first inlet valve and a valve position.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유입 밸브 특성은 상기 제 1 유입 밸브에 대한 유효 오리피스 면적과 밸브 포지션 사이의 관계인, 스테이지 어셈블리.
The method of claim 1,
Wherein the first inlet valve characteristic is a relationship between a valve position and an effective orifice area for the first inlet valve.
조명 소스, 및 조명 시스템에 대하여 상기 스테이지를 이동시키는 제 1 항에 기재된 상기 스테이지 어셈블리를 포함하는, 노광 장치.An exposure apparatus comprising an illumination source and the stage assembly according to claim 1 for moving the stage with respect to an illumination system. 디바이스를 제조하기 위한 프로세스로서,
기판을 제공하는 단계 및 제 11 항에 기재된 상기 노광 장치로 상기 기판에 이미지를 형성하는 단계를 포함하는, 디바이스를 제조하기 위한 프로세스.
As a process for manufacturing a device,
A process for manufacturing a device comprising providing a substrate and forming an image on the substrate with the exposure apparatus according to claim 11.
이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법으로서,
상기 방법은,
베이스를 제공하는 단계;
상기 워크피스를 스테이지에 커플링하는 단계;
피스톤 챔버를 정의하는 피스톤 하우징, 상기 피스톤 챔버 내에 포지셔닝되고 피스톤 축을 따라서 상기 피스톤 챔버에 대하여 이동하는 피스톤, 및 상기 피스톤 챔버 내로의 피스톤 유체의 유동을 제어하는 밸브 어셈블리로서 상기 밸브 어셈블리는 제 1 유입 밸브 특성을 갖는 제 1 유입 밸브를 포함하는 상기 밸브 어셈블리를 포함하는 유체 액추에이터 어셈블리로, 상기 이동 축을 따라서 상기 베이스에 대하여 상기 스테이지를 이동시키는 단계; 및
상기 피스톤 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하기 위해 제어 시스템으로 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계로서, 상기 제어 시스템은 상기 밸브 어셈블리를 제어하기 위해 상기 제 1 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유입 밸브 특성의 역 (inverse) 을 이용하는, 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 1 유입 밸브 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.
A method for positioning a workpiece along an axis of movement, comprising:
The above method,
Providing a base;
Coupling the workpiece to the stage;
A piston housing defining a piston chamber, a piston positioned within the piston chamber and moving relative to the piston chamber along a piston axis, and a valve assembly for controlling the flow of a piston fluid into the piston chamber, the valve assembly comprising a first inlet valve A fluid actuator assembly comprising the valve assembly comprising a first inlet valve having a characteristic, moving the stage with respect to the base along the moving axis; And
Controlling the valve assembly with a control system to control the flow of the piston fluid into the piston chamber, the control system comprising a relationship of at least two variables to the first inlet valve to control the valve assembly Controlling the valve assembly using an inverse of the first inlet valve characteristic defined as,
And determining the first inlet valve characteristic using experimental testing of the first inlet valve. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
제 13 항에 있어서,
상기 스테이지를 이동시키는 단계는 상기 피스톤이 상기 피스톤 챔버를 상기 피스톤의 대향 편들에 있는 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 분리하는 것, 및 상기 밸브 어셈블리가 상기 제 1 챔버 내로의 그리고 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.
The method of claim 13,
The step of moving the stage comprises the piston separating the piston chamber into a first chamber and a second chamber on opposite sides of the piston, and the valve assembly into the first chamber and into the second chamber. A method for positioning a workpiece along an axis of movement comprising controlling the flow of the piston fluid of.
제 14 항에 있어서,
상기 스테이지를 이동시키는 단계는 상기 밸브 어셈블리가 상기 제 1 챔버 밖으로의 그리고 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 유동을 제어하는 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.
The method of claim 14,
Wherein the step of moving the stage includes the valve assembly controlling the flow of the piston fluid out of the first chamber and out of the second chamber.
제 15 항에 있어서,
상기 스테이지를 이동시키는 단계는, 상기 밸브 어셈블리가 (i) 상기 제 1 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 상기 제 1 유입 밸브; (ii) 상기 제 1 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 1 유출 밸브; (iii) 상기 제 2 챔버 내로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유입 밸브; 및 (iv) 상기 제 2 챔버 밖으로의 상기 피스톤 유체의 상기 유동을 제어하는 제 2 유출 밸브를 포함하는 것을 추가로 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.
The method of claim 15,
The step of moving the stage comprises: (i) the first inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the first chamber; (ii) a first outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the first chamber; (iii) a second inlet valve for controlling the flow of the piston fluid into the second chamber; And (iv) a second outlet valve that controls the flow of the piston fluid out of the second chamber. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
제 16 항에 있어서,
상기 스테이지를 이동시키는 단계는, 상기 제 1 유출 밸브가 제 1 유출 밸브 특성을 갖는 것, 상기 제 2 유입 밸브가 제 2 유입 밸브 특성을 갖는 것, 및 상기 제 2 유출 밸브가 제 2 유출 밸브 특성을 갖는 것을 추가로 포함하고; 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 단계는, 상기 제어 시스템이 상기 제 1 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 1 유출 밸브 특성의 역, 상기 제 2 유입 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유입 밸브 특성의 역, 및 상기 제 2 유출 밸브에 대한 적어도 두 변수들의 관계로 정의되는 상기 제 2 유출 밸브 특성의 역을 또한 이용함으로써 상기 밸브 어셈블리를 제어하는 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.
The method of claim 16,
The step of moving the stage includes the first outlet valve having a first outlet valve characteristic, the second inlet valve having a second inlet valve characteristic, and the second outlet valve having a second outlet valve characteristic Further comprising having; The step of controlling the valve assembly, wherein the control system is an inverse of the first outlet valve characteristic defined by the relationship of at least two variables with respect to the first outlet valve, with a relationship between the at least two variables with respect to the second inlet valve Controlling the valve assembly by also using an inverse of the second inlet valve characteristic defined, and an inverse of the second outlet valve characteristic defined as a relationship of at least two variables for the second outlet valve. Method for positioning the workpiece along an axis.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 1 유출 밸브 특성을 결정하는 단계; 상기 제 2 유입 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 2 유입 밸브 특성을 결정하는 단계; 및 상기 제 2 유출 밸브의 실험적 테스팅을 이용하여 상기 제 2 유출 밸브 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.
The method of claim 16,
Determining the first outlet valve characteristics using experimental testing of the first outlet valve; Determining the characteristics of the second inlet valve using experimental testing of the second inlet valve; And determining the second outlet valve characteristics using experimental testing of the second outlet valve. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
삭제delete 제 13 항에 있어서,
상기 스테이지를 이동시키는 단계는, 상기 제 1 유입 밸브 특성이 (i) 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 유효 오리피스 면적 사이의 관계, (ii) 상기 제 1 유입 밸브에 대한 전류 커맨드와 밸브 포지션 사이의 관계, 및 (iii) 상기 제 1 유입 밸브에 대한 유효 오리피스 면적과 밸브 포지션 사이의 관계 중 하나인 것을 포함하는, 이동 축을 따라 워크피스를 포지셔닝시키기 위한 방법.
The method of claim 13,
The step of moving the stage may include: (i) a relationship between a current command for the first inlet valve and an effective orifice area, and (ii) a current command for the first inlet valve and a valve position. A relationship between, and (iii) a relationship between the valve position and the effective orifice area for the first inlet valve. 2. A method for positioning a workpiece along an axis of movement.
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