CN104813462B - 振动控制的基板传送机械手、系统及方法 - Google Patents

振动控制的基板传送机械手、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本文的实施方式揭示了振动控制的机械手设备。所述设备包括机械手，所述机械手具有：能操作以输送基板的终端受动器；耦接至机械手的传感器，所述传感器能操作以在机械手输送基板时感测振动，并操作所述机械手以减少支撑基板的终端受动器的振动。在一些实施方式中，在电机驱动电路中提供滤波器以过滤导致终端受动器的不想要的振动的一或更多个频率。本文亦提供振动控制系统及操作所述系统的方法，及其他方面。

Description

振动控制的基板传送机械手、系统及方法
相关申请案
本申请案主张申请于2012年11月30日、名称为“VIBRATION-CONTROLLEDSUBSTRATE HANDLING ROBOT,SYSTEMS,AND METHODS(振动控制的基板传送机械手、系统及方法)”(代理人案号为17490USA/L/FEG/SYNX/CROCKER S)的美国临时专利申请案第61/731,816号的优先权，为了所有的目的，在此通过引用所述美国临时专利申请案整体而并入本文中。
技术领域
本发明大体涉及基板传送系统，更特定而言，涉及基板传送机械手及操作所述基板传送机械手的方法。
背景技术
习用的电子装置制造系统可包括多个处理腔室及一或更多个装载锁定腔室。这些腔室可被包括在群集工具中，在所述群集工具中，复数个处理腔室例如可围绕移送腔室而分布。这些系统和工具可采用可被安置在移送腔室中的移送机械手来在各个处理腔室与一或更多个装载锁定腔室之间输送基板(例如图案化或未图案化的半导体晶片、玻璃面板、聚合物基板、网状结构(reticule)、掩模、玻璃板或类似基板)。
例如，移送机械手可将基板从处理腔室输送至处理腔室，从装载锁定腔室输送至处理腔室，或反之亦然。当移送机械手传送基板时，可能由于例如基板在移送机械手的部件上滑动而产生颗粒。在基板输送期间所实施的正常(normal)路径移动期间，可能由水平基板加速诱发基板滑动。此输送可在移送机械手的终端受动器(end effector)上进行，在终端受动器上滑动的基板可产生颗粒。颗粒的产生通常是不利的，因为颗粒的产生可污染制造环境并有可能对所制造的基板产生负面影响。
由此，需要一种基板传送机械手，所述机械手使得能够实现基板的快速移动，同时减少颗粒的产生。
发明内容
在第一方面中，提供一种振动控制的机械手设备。振动控制的机械手设备包括：机械手，所述机械手具有能操作以输送基板的终端受动器；传感器，所述传感器耦接至所述机械手且能操作以在机械手输送基板时感测振动；及滤波器，所述滤波器能操作以减少机械手的振动。
根据另一方面，提供一种机械手振动减少方法。所述机械手振动减少方法包括利用机械手的终端受动器支撑基板、提供耦接至机械手的传感器、在机械手输送基板时利用传感器检测机械手的振动、确定发生不利振动量的一或更多个条件及将机械手的终端受动器的至少一些振动降至最少。
在又另一方面中，提供一种振动控制的基板输送系统。所述振动控制的基板输送系统包括：腔室；机械手，所述机械手被收纳在腔室中且具有能操作以输送基板的终端受动器机械手；及传感器，所述传感器耦接至机械手，所述传感器能操作以在机械手支撑基板时检测机械手的振动。
根据本发明的这些实施方式及其他实施方式而提供了数个其他方面。本发明的实施方式的其他特征及方面将由下文的详细描述、所附权利要求书及附图而更为充分地显现。
附图说明
图1图示根据实施方式的振动控制的基板输送系统的顶视示意图。
图2图示根据实施方式的图1的振动控制的基板输送系统的部分截面侧视图。
图3图示根据实施方式的振动控制的基板输送系统的另一部分截面侧视图。
图4A图示根据实施方式的振动控制的基板输送系统的方块图。
图4B图示根据实施方式的系统的振动控制模型的方块图。
图5图示绘示根据实施方式的机械手振动减少方法的流程图。
具体实施方式
电子装置制造可涉及在多个位置之间进行非常精确及快速的基板输送。特定而言，这种机械手需要能够相对于所述机械手所服务的腔室(例如处理腔室或一或更多个装载锁定腔室)而精确定向。一或更多个终端受动器(有时被称作“叶片”)可附接在机械手的臂端部处且可适用于将放置在终端受动器上的一或更多个基板输送至及输送出基板处理系统的处理腔室和/或一或更多个装载锁定腔室。需要尽可能快地移动基板，但还要将滑动及颗粒的产生降至最低。
然而，在一些情况中，基板的滑动可在终端受动器上，特定而言，可在终端受动器的终端受动器垫上发生。这种基板滑动可经由执行正常移送运动曲线而因基板水平(例如横向)加速并结合移送机械手的振动而诱发。由于机械手运动或其他来源而给予基板的垂直振动减少作用于基板上的法向力(normal force)，并由此减少对基板的摩擦力。因而，可能发生可导致颗粒产生的滑动。由此，颗粒的产生通常是不利的，因为颗粒的产生可污染基板、一或更多个装载锁定腔室、处理腔室及移送腔室，且可对所制造的基板以及制造环境产生负面影响。因此，存在对具有改良(亦即减少)的颗粒产生和/或更加快速移动能力的基板传送机械手的需要。
特定而言，目标是围绕制造系统移动基板，同时将所述移动的任何痕迹(例如，颗粒)和/或在承载基板的终端受动器上的任何重新定位降至最少。机械手设备的快速移动可导致不需要的终端受动器及放置在所述终端受动器上的基板的振动。此种振动可诱发在终端受动器接触垫与基板之间的滑动及摩擦。例如，发明者已确定机械手设备的臂和终端受动器的正常操作运动(例如横向加速)可导致机械手设备的整体振动。所述运动可激发机械手设备的振动模式，并由此导致置于终端受动器垫上的基板的振动。所述振动中的一些振动在终端受动器处可能是垂直的，此举减少作用于基板上的法向力。机械手振动的其他来源包括诸如电机、传动驱动系统、泵、狭缝阀、其他机械手之类的内部工具激励器，及外部激励和次最佳(sub-optimal)伺服控制。本文中所使用的次最佳伺服控制意指用于操作机械手的初始控制演算法当应用于现场中时不是最佳。
例如，对机械手设备的设定可源自对系统在已知环境中及在工厂设定下的动态行为的理解。然而，一旦在现场，并且作为实际系统的一部分进行操作时，这些设定可能由于诸如温度变化、皮带变松、安装差异等的环境因素而需要改变，以便机械手的移动可再次被最佳化。如上所述，机械手振动与在执行正常运动曲线期间的基板垂直加速及移动相结合，可导致基板在终端受动器垫上滑脱或滑动。在一方面中，基板在终端受动器垫上的任何移动皆为有问题的，因为需要将基板可靠地放置在处理腔室或装载锁定腔室中的某个位置，且若所述基板的位置已经移动离开终端受动器上的所需位置，则所述基板可能在此后未被准确放置。
此外，基板加速及滑动可产生不需要的颗粒产生。颗粒产生如上所述是不利的。习用的机械手设备可使用位置反馈，比如在基板中心定位系统中使用位置反馈，以感测终端受动器上的基板的运动(例如由于滑动而重新定位)。然而，此位置反馈不提供任何振动指示或解决颗粒的产生。
本发明的实施方式提供用于减少机械手振动的设备、系统及方法。特定而言，本发明的实施方式提供振动控制的机械手设备以减少机械手的振动，并因此而减少定位于所述机械手上的基板的振动。此举可减少基板滑动并由此减少颗粒产生，亦即由于摩擦而导致的颗粒产生。改良的振动控制的机械手设备能操作以通过调整产生振动的机械手运动的一或更多个方面来减少基板处的振动。特定而言，振动控制的机械手设备可以一方式操作以使得所述设备不在导致不利振动的一或多个特定频率下操作，或至少以此种振动得以减少的方式操作。
下文中参考图1-5描述振动控制的机械手设备、振动控制的基板输送系统及减少机械手振动的方法的这些实施方式及其他实施方式。这些附图没必要按照比例绘制。在整篇说明书中使用相同的标记数字来表示相同的元件。
现详细参看图1-4B，图示了可用于根据本发明的实施方式而在电子装置制造中的多个腔室之间输送基板(图案化或未图案化的半导体晶片、玻璃面板、聚合物基板、网状结构、掩模、玻璃板或类似基板)的基板输送系统100。基板输送系统100可包括以虚线图示边界壁的真空移送腔室102，及耦接至移送腔室102的一或更多个处理腔室104和/或一或更多个装载锁定腔室106(每一腔室亦以虚线图示)。在多个处理腔室104内的一或更多个基板(例如基板105)上可进行多种工艺，比如沉积、氧化、硝化(nitration)、蚀刻、研磨、清洁、光刻或类似工艺。可在多个处理腔室104内执行其他工艺。
诸如习用的SCARA(“选择顺应性装配机械臂”(Selective Compliance AssemblyRobot Arm))机械手之类的机械手108可用于在各个腔室104、106(例如处理腔室至处理腔室、处理腔室至装载锁定腔室或反之亦然)之间输送基板105。机械手108可包括可围绕肩部轴线(图示在X轴与Y轴相交之处)旋转的上臂110、可围绕上臂110的外侧端部上的肘部轴线旋转的前臂112及可围绕前臂112的外侧端部处的腕部构件轴线旋转的腕部构件114。终端受动器116可通过任何适合的手段(比如螺栓、螺钉或其他机械紧固件或类似物)附接于腕部构件114。
例如，为了使终端受动器116延伸至处理腔室104及从处理腔室104收缩，控制机械手108的操作的机械手控制器118可使上臂110如箭头120所示在由图1中所示的X轴与Y轴界定的X-Y平面内围绕肩部轴线旋转。此旋转可为例如经过高达约+/-180度偏移(excursion)的角度的顺时针(用于收缩)旋转或逆时针(用于延伸)旋转。利用习用的SCARA机械手，前臂112可适于在收缩时以如箭头122所示的方向旋转，及在延伸时以相反方向旋转。利用习用的传动装置，前臂112的旋转可使腕部构件114在收缩时如箭头124所示相对于前臂112而旋转，及在延伸时以相反方向旋转。当习用的SCARA机械手用作机械手108时，终端受动器116可沿连接上臂110的肩部轴线与腕部构件114的腕部轴线的平移轴线128而相对于机械手基座126移动，其中，本实施方式中的平移轴线128与沿图示方向的Y轴重合。由此，在完成延伸及收缩运动时，可提供终端受动器116的无旋转纯平移。此外，基板105可通过机械手108沿箭头137转动臂110、112与腕部构件114的组件的动作而从一个处理腔室104移至另一处理腔室104，或从处理腔室104移至装载锁定腔室106，或从装载锁定腔室106移至处理腔室104。尽管图示SCARA机械手，但应理解，本发明可适用于其他类型的机械手。而且，本发明可适用于附接有多于一个的终端受动器的机械手。
更详细而言，处理腔室104和装载锁定腔室106中的每一腔室可由机械手108服务，由此，基板105可从多个腔室104、106中拾取及被放入所述多个腔室中。如应认识到，每一处理腔室104可包括基板(如基板105)，机械手108可连续执行拾取及放置操作以在多个腔室104、106之间移动基板105以在这些基板上执行处理。
更详细而言，终端受动器116从一个腔室(例如腔室104)收缩，其中基板105放置在终端受动器116上。终端受动器116一旦收缩，整个机械手108可沿箭头137围绕基座126旋转。随后，机械手上臂110、前臂112、腕部114可被致动以将终端受动器116及放置在所述终端受动器上的基板105传送至另一腔室(例如腔室104或腔室106)。在执行这些运动曲线时，终端受动器116和放置在终端受动器116中的基板105经受可能导致滑动及颗粒产生的振动。
概括而言，基板(如基板105)可通过大体标示为虚线框132的另一机械手而被移送至装载锁定腔室106，所述另一机械手可位于工厂界面134的腔室中。基板在工厂界面134内的移送可来自靠在例如装载端口138处的基板载体136。基板在基板载体136、装载锁106及处理腔室104中的可能位置如虚线圆圈所示。
现请参看图2-3，图示了振动控制的基板输送系统100的数个示例性实施方式的示意侧视图。机械手108可包括上臂110、前臂112及腕部构件114，机械手108被图示处于完全延伸定向，所述定向通过以下方式服务处理腔室104：将终端受动器116(与参考图1描述的相同)插入处理腔室104以使得基板105可通过升降销或另一适合的平台机构(未图示)而升举离开终端受动器116。选择性地，在腔室(腔室104或腔室106)内的放置(基板的放置)或拾取(基板的移除)可由机械手108的Z轴功能完成，由此，机械手108有沿Z轴(例如，垂直地)降低及升高终端受动器116的能力以实现放置或拾取。控制机械手108的运动(操作及定向)的一或更多个旋转电机239R或立式电机239V的操作经由机械手控制器118而控制。机械手控制器118可包括适合的驱动电路且可包括一或更多个滤波器，如下文中将描述的。
终端受动器116的振动及因此而导致的基板105的振动可沿全部三个轴(X、Y及Z)发生。然而，沿Z轴(纵轴)的振动可为最有问题的，因为沿Z轴的振动可导致基板105与终端受动器116之间的法向力的相应降低，及导致基板105与终端受动器116之间的摩擦力的相应降低。此举可转而导致基板105在终端受动器116上的更多滑动，及由此而导致更多颗粒产生。
沿Z轴产生的振动可能往往是由机械手108的结构性激励导致的，所述结构性激励比如来自例如控制机械臂110、112、114及终端受动器116旋转的电机239R的沿X轴及Y轴移动的激励。因此，可能难以直接将沿Z轴的振动降至最低。为达到此目的，本发明的一或更多个实施方式可通过调整机械手108或机械手机构沿X轴及Y轴的运动来用于间接将沿Z轴的振动降至最低，如下文将进一步论述的。在其他方面中，由立式电机239V导致的垂直振动可根据一或更多个实施方式而得以解决。
振动控制的基板输送系统100可包括一或更多个传感器140、141，这些传感器能操作以在机械手108沿其运动曲线(例如运动移送路径)输送基板105时感测振动。一或更多个传感器140、141可为加速度计。在一些实施方式中，一或更多个传感器140、141为微电机系统(micro-electromechanical system；MEMS)加速度计。如众所周知，加速度计为在结构运动期间测量振动或加速度的装置。在本文中，将可交换地使用术语“振动”及“加速度”。
在一些实施方式中，一或更多个传感器140、141可经由磁体、粘着剂及安装螺杆中至少之一或任何其他适合的安装手段而耦接或安装至机械手108。例如，至少一个传感器140可直接安装至机械手外壳142。传感器140可将感测到的振动的信号传输至振动控制器119以用于储存及分析感测到的振动，如下文将进一步描述的。如上所述，习用的系统可使用一或更多个位置编码器来确定电机239R、239V的移动并由此确定多个机械臂的运动及在终端受动器116上的基板105的运动。尽管移动可能暗示振动，但并非明确地意味着振动已发生，亦不能由位置编码器而确定振动振幅或振动频率。
在一些实施方式中，将承载信号的电线导引至可能处于真空下的腔室(比如例如移送腔室102)内可能是挑战性的。然而，外壳142处的振动可为能可靠地测量的。通过在机械手外壳142处包括传感器140(例如永久传感器)，本发明的实施方式可提供成用于在腔室102外部的远程位置处感测振动。当机械手108输送基板105时，机械手108的振动可利用传感器(例如传感器140、141)检测到，由此，可从传感器140远程地获取振动信息，及从传感器141(例如临时传感器)获取在终端受动器116或基板105上的振动信息。来自传感器140、141的此振动信息可用于产生振动模型以针对任何特定运动或系统输入预测在终端受动器116上的基板105的振动。特定而言，来自传感器140、141的振动信息可用于产生移送函数，所述函数描述传感器140处的振动与传感器141处的振动之间的关系。能通过例如分析频域(frequency domain)中的数据并执行曲线拟合而建立移送函数。此关系可进一步依赖于机械手108的位置，在此情况下，可产生移送函数“族”，所考虑的机械手108的每一位置有一个移送函数。
在实施方式中，一或更多个传感器140、141可将感测到的振动信号传输至例如I/O模块121。这些信号可为沿Z轴的垂直加速信号，但亦可感测到其他定向加速。I/O模块121可将信号转换成可被数字处理的数字数据。如有需要，I/O模块121可包括适合的A/D转换器及放大器。
然后，已转换的数字数据被传输至振动控制器119，在此振动控制器处，所述数字数据可被实时收集并储存在存储器中以用于数个适用的目的。例如，已储存或收集的数据可用于控制目的以产生振动模型、在执行基板运动曲线期间将终端受动器116的振动降至最低、在传感器140处感测到某一输入振动时延迟或修正移送，用于诊断目的，或其他适合的目的。
在一方面中，传感器140可感测且振动控制器119可记录在运动曲线或其他系统装置的操作期间的给定时间量期间在机械手外壳142处发生的振动，和/或在移送运动曲线中在任何实体点处发生的振动。同样，传感器141可感测且振动控制器119可记录在终端受动器处或在基板105上发生的振动。以此方式，可确定外壳142处的振动与终端受动器116处或基板105上的振动之间的关联(例如模型)。
总振动等于因执行正常运动曲线而产生的加速度与因终端受动器116的振动而产生的不利加速度(例如Z轴振动)之和。在一些实施方式中，可能需要获得X-Y平面中的总振动幅度(vibration magnitude)，所述总振动幅度被限制至低于约0.1g的加速度(假定-1g加速度作用于垂直(Z)方向)。然而，如若Z方向上有振动，则X-Y平面中的加速度限度可更小。换言之，可允许的X-Y加速度是终端受动器116与基板105之间的摩擦力的函数，所述摩擦力本身为Z方向的加速度的函数。需要将垂直振动降至最低，以便终端受动器116可在水平面(X-Y平面)中以尽可能快的速率移动。
然后，所储存的数据可在未来的正常系统操作期间用以预测在终端受动器116上的基板105的加速度或振动(例如，在垂直的Z方向上)。
在一些实施方式中，到达电机239R、239V的控制信号有时可用于修正运动曲线以减少振动。此外，如若发生系统故障，则可能需要确定发生故障时的振动，以努力避免未来的故障。故障数据可用于修正机械手运动，以避免未来的故障，或起动(例如发出旗标或警报)维护措施，或甚至停止机械手108。
如所论述的，先前收集的振动及运动数据亦可用以建立模型(例如一或更多个移送函数)，所述模型为由电机239R、239V执行的不同的机械手运动关于在终端受动器116或基板105处在这些运动下所发生的垂直振动的模型。这些一或更多个移送函数可用于基于由传感器140测量的振动来确定终端受动器116处的加速度及基板105的加速度。传感器141可从操作系统中被移除，且可仅用于产生模型。在一些实施方式中，可应用滤波器设计以防止导致机械手结构在导致终端受动器116和/或基板105在垂直方向(Z方向)上的不利总振动的一或多个频率下振动的控制输入。
例如，如图4B所示，诸如双二阶陷波滤波器(bi-quad notch filter)之类的滤波器148可应用于来自振动控制器119的伺服输入，所述振动控制器执行机械手伺服控制，所述伺服控制驱动导致机械手108的多种运动的旋转电机239R和立式电机239V。
现将参考图1-4B和图5中的流程图来更为详细地描述振动控制的机械手设备的详细操作，图5中的流程图图示根据一或更多个实施方式的振动控制的机械手设备的操作方法500。方法500包括在502中，在机械手(例如机械手108)的终端受动器(例如终端受动器116)上支撑基板(例如基板105)。特定而言，机械手108的终端受动器116在多个腔室104、106(例如，处理腔室至处理腔室、处理腔室至装载锁定腔室或反之亦然)之间的基板移送期间支撑基板105。可使用任何适合的机械手，比如本文描述的多臂机械手108。而且，机械手108可用于支撑除基板105以外的物品，且可用于其他系统中。
方法500可包括在504中提供耦接至机械手108的传感器(例如传感器140、传感器141或两者)。与机械手108的耦接可通过以下方式实现：通过外壳142、通过电机239R、239V中的一或更多个耦接至机械手108所附接的结构、耦接至测试基板105或耦接至机械手108的其他部件，比如耦接至终端受动器116。在一些实施方式中，多个传感器140、141可直接耦接至机械手108。在一些实施方式中，可仅使用传感器140。在506中，所述方法包括在当机械手108在506中输送基板105时，利用传感器(例如传感器140、传感器141或两者)检测机械手108的振动。在实施方式中，检测到的振动数据可从定位在机械手外壳142上的永久传感器140收集，其中，永久传感器140感测振动。如上所述，可能难以在真空环境中给信号设定路线(route signal)，比如在移送腔室102中。由于机械手外壳142在移送腔室102的真空外部，因此定位于机械手外壳142上或安装机械手108的结构上的永久传感器140可提供可靠的及持续的振动相关可测量数据。
在其他实施方式中，定位于机械手外壳142上的永久传感器140与定位于终端受动器116上(图2)和/或测试基板105上(图3)的临时传感器141的结合可用于产生振动数据(例如垂直振动数据)。永久传感器140可更为直接地感测用于操作机械手108的电机239R、239V的振动，此情况与可直接感测由于电机239R、239V或其他系统部件的振动而导致的终端受动器116或基板105的振动的临时传感器141相反。尽管可更为可靠及方便地传输来自永久传感器140的数据，但由于永久传感器140位于真空之外，因此使用来自永久传感器140与临时传感器141两者的结合的数据可提供更为可靠的对基板105振动的指示，因为临时传感器141直接感测支撑基板105的终端受动器116的振动，及在一些实例中，感测实际基板105的振动。在实施方式中，当传感器141可位于终端受动器116处或附近时，可实现直接振动测量。然而，在许多实施方式中，仅可提供耦接至外壳142或耦接至支撑机械手108的结构上的其他处的传感器140。
在一些实施方式中，为了收集振动数据以用于诊断、模型化或其他未来用途，可人工诱发外部振动，举例而言，比如利用诸如附接于移送腔室102的振动体(vibrating mass)146(图3)之类的传动装置(actuating device)进行人工诱发。可使用其他振动诱发装置。在其他实施方式中，并非人工诱发外部振动，而是可能从在系统100的非测试/生产操作期间所产生的振动收集数据，因为这些操作可在使用终端受动器116或测试基板105上的临时传感器141时持续进行。
在其他实施方式中，传感器140及141可用于产生关联数据。例如，可在永久传感器140及临时传感器141感测振动及收集数据的同时运行更新或重新校准例行程序。在其他实施方式中，并非比如利用振动体146来人工诱发外部振动，而是可通过将一或更多个频率的振动“噪声”引入驱动各个电机239R、239V的伺服驱动输出信号而强制机械手108自身振动。特定而言，白色噪声(例如，包括所有激励频率的随机信号)可通过机械手控制器118(例如伺服控制器)的驱动电路中的前馈路径而被注入到命令驱动信号(例如命令电流信号)。
如图4A中所示，在数据收集过程期间，来自永久传感器140或临时传感器141或所述传感器两者的信号可被取样并传输至I/O模块121以用于将信号转换为数字数据格式。然后，已转换的数字数据可被传输至振动控制器119。振动控制器119可执行总的高阶层处理，且可进一步处理来自传感器140、141的数据。振动控制器119亦可与机械手控制器118界面连接，并接收来自机械手控制器118的反馈。振动控制器119可起作用以通过选择滤波器(例如双二阶滤波器)的滤波器系数并将这些系数发送至机械手控制器118以用于实施来“设计”最佳滤波器。此操作可按一些预定更新速率执行。
在从永久传感器140和临时传感器141两者对数据取样的实施方式中，振动控制器119可包括用以计算模型的移送函数的逻辑，所述移送函数将来自永久传感器140的数据与来自临时传感器141的数据相关联。可为来自旋转电机239R、立式电机239V或所述电机两者的多个输入产生数据，亦可为比如来自振动体146或其他邻近设备的外部振动输入产生数据。随后，感测到的数据可用于对实际基板振动进行模型化，以便由于外部振动或电机输入而导致的振动输入可在例如电机外壳142处被感测到，及感测到的数据可用于预测造成的终端受动器116和基板105的振动。以此方式，可仅使用腔室102外部的传感器，但仍可精确地预测振动。
请再次参看图5，在508中，振动控制器119可包括用以分析所收集的数据及在一些实例中关联数据的逻辑。所述分析可包括例如确定总振动在何时及在何种条件下可达到不利水平(例如横向加速度大于0.1g)。而且，所述分析可确定到机械手108的哪些输入导致与此不利振动水平相关连的运动。
所收集的数据和分析可储存(例如)在任何适合的储存媒介(例如RAM、ROM或振动控制器119的其他存储器)中。此所储存的分析和数据可用于建立基板振动模型(例如移送函数)。振动模型可用于通过阻止振动产生元件(例如，诸如旋转电机239R、立式电机239V、泵、狭缝阀、其他机械手之类的内部工具激励器、外部激励、次最佳伺服控制或上述各者的组合)在幅度或在一或更多个特定频率下操作而减少未来操作期间的振动，如下文所述。
附加地或替代地，在机械手108的实时操作期间，永久传感器140可感测腔室102外部的机械手108的振动，且振动控制器119可将此感测数据与已储存数据进行比较并进行分析，使得振动产生元件(例如电机239R、239V)的操作参数可被实时调整以避免在导致不利振动的一或更多个特定频率下操作，从而减少机械手108及所支撑的基板105的振动。调整机械手108的操作以阻止振动产生元件在特定频率下操作可手动或自动发生。
分析数据之后，在一些实施方式中，滤波器148或其他相消干涉可经由机械手控制器118而应用至机械手108，例如，以减小振动的振幅，如图4A中所示。在一些实施方式中，一或更多个滤波器148可为陷波滤波器，且特定而言例如为双二阶陷波滤波器。众所周知，陷波滤波器是使除阻带(stop band)中的频率以外的所有频率通过的滤波器。滤波器148可完全以数字方式实施。阻带中的频率是被阻止传输的频率。可通过设定陷波滤波器148的系数而调整陷波滤波器148。例如，可设定阻带，及亦可设定陷波滤波器148的边缘锐度(滤波器的所谓的“Q”)。
陷波滤波器148可起作用以阻止电机239R和/或电机239V或其他振动产生元件在导致基板105处的加强振动的一或更多个特定频率下操作，从而减少机械手108的振动及基板105处的振动。例如，滤波器148可耦接至电机驱动电路或是电机驱动电路的一部分，所述电机驱动电路被调适以向电机239R、239V(例如伺服控制系统)产生驱动信号。滤波器148可为纯数字式的，使得可不存在离散部件。振动控制器119可起作用以设定在机械手控制器118的伺服控制回路内所配备的一或更多个(例如多个)滤波器的一或更多个系数。对这些系数如何设定的控制确定一或更多个滤波器148将如何表现，且可调整通过频率和/或锐度。
如图4B中所示，图示了控制模型400。来自传感器140的传感器信号被A/D转换器449转换成数字信号，且可被振动控制器119(图示为虚线)的处理器处理。所述处理器基于方块450中的模型及测量值am执行终端受动器116处的振动aw的估值计算。可在方块452中执行傅立叶转换及峰值检测例行程序以分别确定线453A、453B中的信号振幅峰值及频率fw。从这些值，可通过双二阶陷波滤波器设计方块454而确定一或更多个滤波器148的系数。可通过下文描述的具有一或更多个输入的过程而选择多个滤波器系数，这些输入比如Q、f0及fs，其中，Q是确定将如何积极地抵消振动的因数，f0是振动频率，及fs是取样频率。然后，一般双二阶滤波器可采用以下形式：
Yn＝(b0/a0)Xn+(b1/a0)Xn-1+(b2/a0)Xn-2-(a1/a0)yn-1-(a2/a0)yn-2
及
α＝sin(ω0)/2Q
及
ω0＝2πf0/fs
然后，这些系数可计算如下：
b0＝1
b1＝-2cos(ω0)
b2＝1
a0＝1+α
a1＝-2cos(ω0)
a2＝1-α
具有由如上所述的双二阶陷波滤波器设计方块454设定的系数的一或更多个滤波器148可用于修正来自机械手控制器119的机械手伺服控制456的驱动信号，使得驱动信号yd被修正以利用驱动信号y驱动电机239R、239V。被修正的驱动信号y由一或更多个滤波器148适当过滤，使得在510中，机械手108的终端受动器116处的振动的至少一些振动在特定频率下降至最低。
在一些实施方式中，多个滤波器可并联使用，同时使得在多个频率在终端受动器116处产生不想要的垂直振动的情况下可过滤多个频率。在多个干扰或不利振动同时发生的情况下，机械手控制器118可采用首要显性效应(primary dominant effect)，通过所述首要显性效应滤除更加不利的振动，或首先预防所述振动的发生。
在一些实施方式中，在分析数据之后，除了所应用的滤波器148以外或代替所应用的滤波器148，机械手108的操作可被进一步调整以将振动降至最低。例如，如上所论述，终端受动器116和基板105沿Z轴的振动可为交叉模式耦联的(cross-mode coupled)且是由于终端受动器116沿X轴和Y轴的运动而导致的。因此，为了将终端受动器116沿Z轴的振动降至最低，用于控制终端受动器116沿X轴和Y轴移动的旋转电机239R中的一或更多者的操作可被调整或修正，使得电机239R不以产生振动的方式操作。例如，在激发终端受动器116的垂直振动模式的某些不利频率下的运动可比如通过使用滤波器而被避免或降至最少。
尽管本发明的实施方式容许多种修改及多种替代形式，但本发明的特定实施方式及方法已在附图中通过实例的方式得以显示，并在本文中详细描述。然而，应理解，本文并非旨在将本发明限定于所揭示的特定设备、系统或方法，相反，本文的目的是涵盖落在本发明范围内的所有修改、等同物及替代物。

Claims (14)

1.一种振动控制的机械手设备，包括：
机械手，所述机械手具有外壳和终端受动器，所述外壳能耦接至一结构，所述终端受动器能操作以输送基板；
永久传感器，所述永久传感器耦接至所述机械手的所述外壳或所述结构，所述结构支撑所述外壳，所述永久传感器能操作以在所述机械手输送所述基板时感测振动；及
振动控制器，所述振动控制器包括：
模型，所述模型由来自所述永久传感器和耦接至所述终端受动器或所述基板的临时传感器的输入产生，所述模型适用于基于由所述永久传感器感测的振动来预测在所述基板处的振动，及
用于所述机械手的驱动电机的驱动电路，所述驱动电路能操作以基于由所述永久传感器测量的数据通过经由滤波器过滤到达所述驱动电机的驱动信号来减少所述机械手的振动。
2.如权利要求1所述的振动控制的机械手设备，其中所述永久传感器是微电机系统(MEMS)加速度计。
3.如权利要求1所述的振动控制的机械手设备，其中所述滤波器能操作以过滤到达所述机械手的某些输入频率，所述滤波器包括基于来自所述永久传感器的输入设定的系数。
4.如权利要求3所述的振动控制的机械手设备，其中所述滤波器包括双二阶陷波滤波器，所述双二阶陷波滤波器能操作以通过阻止预设定频率下的振动传达至所述基板来减少振动。
5.如权利要求3所述的振动控制的机械手设备，其中总容许振动低于0.1g的加速度。
6.如权利要求1所述的振动控制的机械手设备，进一步包括振动控制器，所述振动控制器能操作以接收来自所述永久传感器的指示所述振动的第一信号。
7.如权利要求6所述的振动控制的机械手设备，其中所述振动控制器包括用以将感测到的振动与所述机械手的特定运动相关联的逻辑。
8.如权利要求7所述的振动控制的机械手设备，其中所述逻辑将所述第一信号与数据库对比以确定预期振动。
9.一种机械手振动减少方法，所述方法包括以下步骤：
利用机械手的终端受动器支撑基板；
提供耦接至所述机械手的外壳或支撑所述外壳的结构的永久传感器；
提供耦接至所述终端受动器或所述基板的临时传感器；
在正被驱动电机驱动的所述机械手输送所述基板时利用所述永久传感器和所述临时传感器检测振动；
基于通过所述永久传感器和所述临时传感器检测的振动产生振动模型以针对任何运动或系统输入预测所述基板的振动；
移除所述临时传感器；
确定发生不利的振动量的一或更多个条件；及
通过过滤在由所述永久传感器所测量的所述一或更多个条件下到达所述驱动电机的驱动信号将所述机械手的所述终端受动器的所述振动的至少一些振动降至最低。
10.如权利要求9所述的方法，其中将所述机械手的所述振动的至少一些振动降至最低的步骤包括以下步骤：
将滤波器应用至电机驱动电路以拦截发生所述不利的振动量的一或更多个频率。
11.如权利要求9所述的方法，其中将所述机械手的所述振动的至少一些振动降至最低的步骤包括以下步骤：
阻止所述机械手在发生所述不利的振动量的频率下操作。
12.如权利要求9所述的方法，其中确定发生不利的振动量的频率的步骤包括以下步骤：
利用振动体人工诱发外部振动。
13.一种振动控制的基板输送系统，包括：
腔室；
机械手，所述机械手收纳在所述腔室中，所述机械手具有外壳和终端受动器，所述终端受动器能操作以输送基板；
永久传感器，所述永久传感器耦接至所述机械手的所述外壳或支撑所述外壳的结构，所述永久传感器能操作以在所述机械手支撑所述基板时检测所述机械手的振动；及
振动控制器，所述振动控制器包括：
振动模型，所述振动模型基于由所述永久传感器和耦接至所述终端受动器或所述基板的临时传感器检测的振动，所述模型适用于针对任何运动或系统输入预测所述终端受动器的所述基板的振动，及
用于驱动电机的驱动电路，所述驱动电路具有滤波器，所述滤波器能操作以基于由所述永久传感器检测的振动来减少所述终端受动器的振动。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述滤波器是双二阶陷波滤波器。
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