JP2015536253A - 振動が制御される基板ハンドリングロボット、システム及び方法 - Google Patents

Abstract

実施形態は、振動が制御されるロボット装置を開示する。本装置は、基板を搬送するように動作可能なエンドエフェクタを有するロボット、ロボットに連結されたセンサであって、ロボットが基板を搬送するときに振動を感知するように動作可能なセンサ、及び基板を支持するエンドエフェクタの振動を減少させるようにロボットを動作させることを含む。幾つかの実施形態において、エンドエフェクタの望ましくない振動を引き起こす一つ又は複数の振動をフィルタ処理するために、フィルタがモータ駆動回路の中に設けられる。振動制御システムと、それを動作させる方法が、他の態様と同様に、提供される。【選択図】図１

Description

関連出願
［０００１］本出願は、２０１２年１１月３０日に出願された「ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ−ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＲＯＢＯＴ，ＳＹＳＴＥＭＳ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」（代理人整理番号１７４９０ＵＳＡ／Ｌ／ＦＥＧ／ＳＹＮＸ／ＣＲＯＣＫＥＲ Ｓ）と題する米国特許仮出願第６１／７３１，８１６号の優先権を主張し、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

［０００２］本発明は、概して、基板ハンドリングシステムに関し、より具体的には基板ハンドリングロボット、及びそれを動作させる方法に関する。

［０００３］従来の電子デバイス製造システムは、複数のプロセスチャンバ及び一つ又は複数のロードロックチャンバを含みうる。そのようなチャンバは、例えば、複数のプロセスチャンバが、移送チャンバの周囲に配置されうるクラスタツールの中に含まれうる。これらのシステムとツールは、種々のプロセスチャンバと一つ又は複数のロードロックチャンバとの間で基板（例えば、パターン形成された又はパターン形成されていない半導体ウェハ、ガラスパネル、ポリマー基板、レチクル、マスク、ガラス板、等）を搬送するための移送チャンバの内部に収納されうる移送ロボットを用いうる。

［０００４］例えば、移送ロボットは、プロセスチャンバからプロセスチャンバへ、ロードロックチャンバからプロセスチャンバへ、又はプロセスチャンバからロードロックチャンバへ基板を搬送しうる。移送ロボットが基板を扱うとき、例えば、移送ロボットの構成要素上での基板の滑りにより微粒子が作り出されうる。基板の滑りは、基板搬送中に実行される正規の経路運動中の水平方向の基板の加速により引き起こされうる。搬送は、移送ロボットのエンドエフェクタ上でありえ、エンドエフェクタ上の基板の滑りは、微粒子を発生させうる。微粒子の発生は、製造環境を汚染し、ことによると製造される基板に悪い影響を与えるかもしれないので、概して望ましくない。

［０００５］従って、微粒子の発生を減少させながら基板の高速な移動を可能にする基板ハンドリングロボットに対する要求が存在する。

［０００６］第一の態様において、振動が制御されるロボット装置が提供される。振動が制御されるロボット装置は、基板を搬送するように動作可能であるエンドエフェクタを有するロボット、ロボットに連結されたセンサであって、ロボットが基板を搬送するときに振動を感知するように動作可能であるセンサ、及びロボットの振動を減少させるように動作可能であるフィルタを含む。

［０００７］他の態様により、ロボット振動の減少方法が提供される。ロボット振動の減少方法は、ロボットのエンドエフェクタで基板を支持すること、ロボットに連結されたセンサを準備すること、ロボットが基板を搬送するときに、ロボットの振動をセンサで検出すること、望ましくない量の振動が起こる一つ又は複数の条件を決定すること、及びロボットのエンドエフェクタの振動の少なくとも幾らかを最小化することを含む。

［０００８］さらに別の態様において、振動が制御される基板搬送システムが提供される。振動が制御される基板搬送システムは、チャンバ、チャンバの中に受け入れられたロボットであって、基板を搬送するように動作可能であるエンドエフェクタを有するロボット、及びロボットに連結されたセンサであって、ロボットが基板を支持するときにロボットの振動を検出するように動作可能であるセンサを含む。

［０００９］多数の他の態様が、本発明のこれらおよび他の実施形態に従って提供される。本発明の実施形態の他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより完全に明らかになるであろう。

［００１０］実施形態による、振動が制御される基板搬送システムの上面概略図を示す。 ［００１１］実施形態による、図１の振動が制御される基板搬送システムの部分断面側面図を示す。 ［００１２］実施形態による、振動が制御される基板搬送システムの別の部分断面側面図を示す。 ［００１３］実施形態による、振動が制御される基板搬送システムのブロック図を示す。 ［００１４］実施形態による、システムの振動制御モデルのブロック図を示す。 ［００１５］実施形態による、ロボット振動の減少方法を表わすフローチャートを示す。

［００１６］電子デバイス製造は、様々な場所間での基板の非常に正確かつ迅速な搬送を必要とすることがある。具体的には、そのようなロボットは、それらがサービス提供するチャンバ（例えば、プロセスチャンバ又は一つ又は複数のロードロックチャンバ）に対して正確に配向されることができることが望ましい。一つ又は複数のエンドエフェクタ（「ブレード」と呼ばれることもある）が、ロボットのアームの端部に取付けられてよく、エンドエフェクタ（複数可）に載っている一つ又は複数の基板を、基板処理システムのプロセスチャンバ及び／又は一つ又は複数のロードロックチャンバへ、並びに基板処理システムのプロセスチャンバ及び／又は一つ又は複数のロードロックチャンバから、搬送するように適合されてよい。可能な限り迅速に基板を移動させ、にもかかわらず滑りや微粒子の発生を最小化することが、望ましい。

［００１７］しかしながら、場合によっては、エンドエフェクタ上、具体的には、それのエンドエフェクタパッド上での基板の滑りが起こりうる。そのような基板の滑りは、正規の移送運動プロファイルを実行することによる基板の水平方向（例えば、横方向）加速によって引き起こされうるが、移送ロボットの振動との組み合わせでも引き起こされうる。ロボットの動き又は他の原因により基板に加えられる垂直振動は、基板に作用する正規の力を減少させ、それゆえ基板上での摩擦力を減少させる。従って、微粒子の発生を引き起こしうる滑りが起こりうる。従って、微粒子の発生は、基板、一つ又は複数のロードロックチャンバ、プロセスチャンバ及び移送チャンバを汚染し、製造環境のみならず、製造された基板に悪影響を与えうるので、概して望ましくない。それゆえ、微粒子の発生を改善（すなわち、減少）させ、及び／又は一層速く動くことのできる基板ハンドリングロボットに対する要求が存在する。

［００１８］具体的には、動きのいかなる証拠（例えば、微粒子）及び／又は基板を運ぶエンドエフェクタ上でのいかなる再位置決めも最小化しながら、製造システムの周りに基板を動かすことが、一つの目的である。ロボット装置の速い動きは、エンドエフェクタ及びその上に載っている基板の望ましくない振動を引き起こしうる。そのような振動は、エンドエフェクタコンタクトパッドと基板との間の滑りと摩耗を引き起こしうる。例えば、ロボット装置のアームとエンドエフェクタの正規の操作上の運動（例えば、横方向の加速）が、全体としてのロボット装置の振動を引き起こしうることを、発明者は突き止めた。その運動は、ロボット装置の振動モードを励起させ、それゆえエンドエフェクタパッド上に載っている基板の振動を引き起こしうる。その振動の幾らかは、エンドエフェクタにおいて垂直でありえ、これは基板に作用する正規の力を減少させうる。ロボット振動の他の原因は、モータ、伝達駆動システム、ポンプ、スリットバルブ、他のロボットなどの内部ツール刺激装置並びに外部刺激及び最適以下のサーボ制御を含む。本明細書で用いられる最適以下のサーボ制御とは、ロボットを動作させるために用いられる最初の制御アルゴリズムが、現場で適用されるときに最適より下であることを意味する。

［００１９］例えば、ロボット装置のための設定値は、既知の環境及び工場の設定値におけるシステムの動的挙動の理解に基づきうる。けれども、ひとたび現場に出て、実際のシステムの一部として動作すると、温度変化、ベルトの緩み、据え付けの不一致などの環境要因のため、設定値は、ロボットの動きが再び最適化されるように、変わる必要がありうる。上記のように、ロボットの振動は、正規の運動プロファイルを実行する間の基板の垂直加速及び運動と組合されて、基板をエンドエフェクタパッド上で滑らせうる又は滑走させうる。一つの態様において、プロセスチャンバ又はロードロックチャンバの中の一定の位置に基板を確実に置くことが望ましく、基板の位置がエンドエフェクタ上の望まれる位置から動いた場合、基板は、その後、正確に置かれないかもしれないという点で、エンドエフェクタパッド上での基板のいかなる運動も問題である。

［００２０］加えて、基板の加速及び滑りは、微粒子の望ましくない発生を起こしうる。微粒子の発生は、上記のように望ましくない。従来のロボット装置は、エンドエフェクタ上での基板の動きを感知するために（例えば、滑りのための再位置決め）、基板中心発見システムなどにおける、位置フィードバックを用いうる。けれども、そのような位置フィードバックは、振動についてのいかなる表示も提供しないし、微粒子発生に対処もしない。

［００２１］本発明の実施形態は、ロボットの振動を減少させるための装置、システム及び方法を提供する。具体的には、本発明の実施形態は、ロボットの振動を減少させ、それゆえ、その上に置かれた基板の振動を減少させるための、振動が制御されるロボット装置を提供する。これは、基板の滑りを減少させ、それゆえ微粒子の発生、すなわち摩耗による微粒子の生成を減少させうる。振動が制御される改良されたロボット装置は、振動を引き起こすロボットの動きの一つ又は複数の面を調節することにより、基板での振動を減少させるように動作可能である。具体的には、振動が制御されるロボット装置は、望ましくない振動を引き起こす特定の振動（複数可）で動作しないように動作可能であってよく、又は少なくともそのような振動が減少する仕方で動作されうる。

［００２２］振動が制御されるロボット装置、振動が制御される基板搬送システム、及びロボットの振動を減少させる方法についてのこれら及び他の実施形態が、図１〜図５を参照して、以下に記載される。図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。同様な要素を示すために、同様な参照番号が、明細書を通じて用いられる。

［００２３］次に図１〜図４Ｂを特に詳細に参照し、本発明の実施形態により、電子デバイス製造において種々のチャンバ間で基板（パターン形成された又はパターン形成されていない半導体ウェハ、ガラスパネル、ポリマー基板、レチクル、マスク、ガラス板、等）を搬送するために用いられうる基板搬送システム１００が示される。基板搬送システム１００は、境界壁が点線で示される真空移送チャンバ１０２及び一つ又は複数のプロセスチャンバ１０４及び／又は移送チャンバ１０２に連結された一つ又は複数のロードロックチャンバ１０６（各々がまた点線で示される）を含みうる。堆積、酸化、窒化、エッチング、研磨、洗浄、リソグラフィなどの種々のプロセスが、種々のプロセスチャンバ１０４の中で一つ又は複数の基板（例えば、基板１０５）の上で行なわれうる。他のプロセスが、その中で行なわれてもよい。

［００２４］従来のＳＣＡＲＡ（「スカラ型ロボット」）ロボットなどのロボット１０８は、それぞれのチャンバ１０４、１０６の間で（例えば、プロセスチャンバからプロセスチャンバへ、プロセスチャンバからロードロックチャンバへ、又はその逆）基板１０５を搬送するために使用されうる。ロボット１０８は、ショルダ軸（Ｘ軸とＹ軸の交点で示される）の周りに回転可能な上腕１１０、上腕１１０の外端のエルボ軸の周りに回転可能な前腕１１２、及び前腕１１２の外端のリスト部軸の周りに回転可能なリスト部１１４を含みうる。エンドエフェクタ１１６は、ボルト、ねじ、又は他の機械的な締め具などの任意の適切な手段によりリスト部１１４に取付けられうる。

［００２５］例えば、エンドエフェクタ１１６をプロセスチャンバ１０４へと伸ばしたり、プロセスチャンバ１０４から後退させるために、ロボット１０８の動作を制御するロボットコントローラ１１８が、図１に示されるＸ軸とＹ軸によって定義されるＸ‐Ｙ平面内の矢印１２０によって示されるように、上腕１１０をショルダ軸の周りに回転させうる。回転は、例えば、約＋／−１８０度までの可動域の角度にわたって時計回り（後退に対して）でもよいし、反時計回り（伸長に対して）でもよい。従来のＳＣＡＲＡロボットでは、前腕１１２は、後退では矢印１２２により示される方向に回転し、伸長では反対方向に回転するように適合されうる。従来の伝動装置では、前腕１１２の回転は、リスト部１１４を後退では矢印１２４によって示されるように前腕１１２に対して回転させ、伸長では反対方向に回転させうる。従来のＳＣＡＲＡロボットが、ロボット１０８として用いられる場合、エンドエフェクタ１１６は、上腕１１０のショルダ軸とリスト部１１４のリスト軸とをつなぐ移動軸１２８に沿ってロボットベース１２６に対して移動してよく、この実施形態において移動軸１２８は、示された配向においてＹ軸に一致する。従って、伸長運動及び後退運動を達成する場合に、エンドエフェクタ１１６の回転のない純粋な並進移動が提供されうる。更に、アーム１１０、１１２及びリスト部１１４からなるアセンブリを矢印１３７に沿って回転させるロボット１０８の動作によって、一つのプロセスチャンバ１０４から他のプロセスチャンバ１０４へ、又はプロセスチャンバ１０４からロードロックチャンバ１０６へ、又はロードロックチャンバ１０６からプロセスチャンバ１０４へ、基板１０５が移動されうる。ＳＣＡＲＡロボットが示されているが、本発明は他のタイプのロボットに対して適用可能であることが理解されるべきである。更に、本発明は、複数の取り付けられたエンドエフェクタを有するロボットに対して適用可能でありうる。

［００２６］より詳細には、プロセスチャンバ１０４とロードロックチャンバ１０６の各々が、ロボット１０８によってサービス提供されてよく、それによって基板１０５は、種々のチャンバ１０４、１０６から抜き取られ、種々のチャンバ１０４、１０６へと置かれうる。認められるべきであるように、各プロセスチャンバ１０４が、基板（基板１０５のような）を含んでよく、ロボット１０８は、種々のチャンバ１０４、１０６の間で基板１０５を移動させ、基板上で処理を実行するために、ピックアンドプレイス操作を連続的に実行していてもよい。

［００２７］より詳細には、エンドエフェクタ１１６は、エンドエフェクタ１１６上に載っている基板１０５とともに、一つのチャンバ（例えば、１０４）から後退する。いったん後退すると、ロボット１０８全体が、ベース１２６の周りを矢印１３７に沿って回転しうる。その後、ロボットの上腕１１０、前腕１１２、リスト１１４が、エンドエフェクタ１１６とその上にある基板１０５を他のチャンバ（例えば、１０４又は１０６）に渡すために、作動されうる。そのような運動プロファイルを実行する際、エンドエフェクタ１１６とその中に載っている基板１０５は、滑りと微粒子発生を引き起こしうる振動を受ける。

［００２８］概して、基板（基板１０５のような）は、ファクトリインターフェース１３４のチャンバの中に存在しうる、点線の箱１３２として一般的に表される他のロボットによりロードロックチャンバ１０６に移送されうる。ファクトリインターフェース１３４の中での基板の移送は、例えば、ロードポート１３８にドッキングされた基板キャリア１３６からでありうる。基板キャリア１３６、ロードロック１０６及びプロセスチャンバ１０４の中での基板のための可能な位置が、点線の円で示される。

［００２９］次に図２〜図３を参照すると、振動が制御される基板搬送システム１００の幾つかの例示的な実施形態の概略側面図が示される。ロボット１０８は、上腕１１０、前腕１１２及びリスト部１１４を含んでよく、基板１０５がリフトピン又は他の適当なプラットフォームメカニズム（示されていない）によりエンドエフェクタ１１６から持ち上げられるように、エンドエフェクタ１１６（図１を参照して記載されたのと同じ）をプロセスチャンバ１０４の中に挿入することにより、十分に広い配向でプロセスチャンバ１０４にサービス提供しているのが示される。任意選択的に、チャンバ（１０４又は１０６）内でのプット（基板の配置）又はピック（基板の除去）は、ロボット１０８のＺ軸機能性により達成されてよく、それにより、ロボット１０８は、プット又はピックを達成するためにエンドエフェクタ１１６をＺ軸で（例えば、垂直に）下降及び上昇させる能力を有する。ロボット１０８の動き（動作及び配向）を制御する一つ又は複数の回転モータ２３９Ｒ又は垂直モータ２３９Ｖの動作は、ロボットコントローラ１１８によって制御される。本明細書で以下に記載されるように、ロボットコントローラ１１８は、適当なドライブ回路を含んでよく、一つ又は複数のフィルタを含んでよい。

［００３０］エンドエフェクタ１１６の振動及びそれゆえ基板１０５の振動は、３つの軸全て（Ｘ、Ｙ及びＺ）に沿って起こりうる。けれども、Ｚ軸（垂直軸）に沿った振動は、基板１０５とエンドエフェクタ１１６の間の正規の力の対応する減少と、基板１０５とエンドエフェクタ１１６の間の摩擦力の対応する減少をもたらしうるという点で、Ｚ軸に沿った振動が、最も問題となりうる。このことは、次に、エンドエフェクタ１１６上での基板１０５のいっそう多くの滑りと、それゆえいっそう多くの微粒子発生をもたらしうる。

［００３１］しばしば、Ｚ軸に沿って引き起こされる振動は、例えば、Ｘ軸とＹ軸に沿ったロボットアーム１１０、１１２、１１４とエンドエフェクタ１１６の回転を制御するモータ２３９Ｒの運動からの励振などの、ロボット１０８の構造上の励振の結果でありうる。ゆえに、Ｚ軸に沿った振動を直接に最小化することは難しいかもしれない。更に以下で論じられるように、その目的のために、本発明の一つ又は複数の実施形態は、Ｘ軸とＹ軸に沿ったロボット１０８又はロボットメカニズムの動きを調節することによって、Ｚ軸に沿った振動を間接的に最小化することを提供しうる。他の態様において、垂直モータ２３９Ｖによって引き起こされる垂直振動が、一つ又は複数の実施形態により、扱われうる。

［００３２］ロボット１０８がその運動プロファイル（例えば、運動移送経路）に沿って基板１０５を移送するとき、振動を感知するように動作可能な一つ又は複数のセンサ１４０、１４１を、振動が制御される基板搬送システム１００は、含みうる。一つ又は複数のセンサ１４０、１４１は、加速度計でありうる。幾つかの実施形態において、一つ又は複数のセンサ１４０、１４１は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計でありうる。よく知られているように、加速度計は、構造体の運動中の振動又は加速を測定する装置である。本明細書で、「振動」と「加速」という用語は、交換可能に用いられる。

［００３３］幾つかの実施形態において、一つ又は複数のセンサ１４０、１４１は、磁石、接着剤、及び取付け用ねじ又は任意の他の適当な取付け手段のうちの少なくとも一つによりロボット１０８に連結又は取付けられうる。例えば、少なくとも一つのセンサ１４０が、ロボットハウジング１４２に直接に取付けられうる。以下に更に記載されるように、センサ１４０は、感知された振動の保存及び分析のために、感知された振動の信号を振動コントローラ１１９に送りうる。上記のように、従来のシステムは、モータ２３９Ｒ、２３９Ｖの運動及びそれゆえ種々のロボットアームの動きとエンドエフェクタ１１６上の基板１０５の動きを決定するために、一つ又は複数の位置エンコーダを用いうる。この運動は振動を示唆しうるが、振動が起こったことを決定的に意味するわけではないし、振動の大きさ又は周波数を位置エンコーダから決定することもできない。

［００３４］幾つかの実施形態では、例えば移送チャンバ１０２の中など、真空化にありうるチャンバの中に信号を運ぶ電線を配線することは難しいかもしれない。けれども、ハウジング１４２での振動は、信頼性をもって測定可能でありうる。ロボットハウジング１４２にセンサ１４０（例えば、永続的センサ）を含むことにより、本発明の実施形態は、チャンバ１０２の外側の遠い位置での振動を感知することを提供しうる。ロボット１０８が基板１０５を搬送するときに、ロボット１０８の振動は、センサ（例えば、センサ１４０、１４１）で検出されうるので、振動情報は、遠くではセンサ１４０から得られうるし、エンドエフェクタ１１６又は基板１０５上ではセンサ１４１（例えば、一時的センサ）から得られうる。センサ１４０、１４１からのこの振動情報は、任意の特定の動き又はシステム入力に対するエンドエフェクタ１１６上の基板１０５の振動を予測するための振動モデルを生成するために、用いられうる。具体的には、センサ１４０、１４１からの振動情報は、センサ１４０での振動とセンサ１４１での振動の間の関係を記述する伝達関数を開発するために用いられうる。伝達関数は、例えば、周波数域中のデータを分析し、曲線あてはめを行うことにより、見出すことができる。この関係は、ロボット１０８の位置に更に依存してもよく、この場合には、ロボット１０８の各対象位置に対し一つの関数である一「群」の伝達関数が、生成されうる。

［００３５］実施形態において、一つ又は複数のセンサ１４０、１４１は、感知された振動信号を、例えば、Ｉ／Ｏモジュール１２１に送りうる。信号は、Ｚ軸に沿った垂直加速信号でありうるが、他の方向の加速もまた感知されうる。Ｉ／Ｏモジュール１２１は、デジタル処理されうるデジタルデータに信号を変換しうる。Ｉ／Ｏモジュール１２１は、必要ならば、適当なＡ／Ｄコンバータと増幅器を含みうる。

［００３６］変換されたデジタルデータは、その後、振動コントローラ１１９に送られ、そこで、リアルタイムに収集され、幾つかの適切な目的のためにメモリの中に保存されうる。例えば、保存又は収集されたデータは、振動モデルを生成したり、基板運動プロファイルの実行中のエンドエフェクタ１１６の振動を最小化したり、ある入力振動がセンサ１４０で感知された時に、移送を遅延又は修正する制御目的のために、診断目的のために、又は他の適当な目的のために、用いられうる。

［００３７］一つの態様において、他のシステム装置の運動プロファイル又は動作の間のある与えられた長さの時間にロボットハウジング１４２で起こっている振動、及び／又は移送運動プロファイルの中の任意の物理的な地点で起こっている振動を、センサ１４０は感知してもよく、振動コントローラ１１９は、それを記録してもよい。同様に、エンドエフェクタで又は基板１０５上で起こっている振動を、センサ１４１は感知してもよく、振動コントローラ１１９は記録してもよい。このようにして、ハウジング１４２での振動と、エンドエフェクタ１１６での又は基板１０５上での振動との間の相関（例えば、モデル）が、決定されうる。

［００３８］全振動は、正規の運動プロファイルを実行することによる加速と、エンドエフェクタ１１６の振動による望ましくない加速（例えば、Ｚ軸振動）との合計に等しい。幾つかの実施形態において、Ｘ‐Ｙ平面の中での全振動の大きさは、垂直（Ｚ）方向に作用する−１ｇの加速度を仮定して、約０．１ｇより低い加速度に制限されることが望ましいかもしれない。けれども、Ｚ方向の振動が存在する場合は、Ｘ‐Ｙ平面の中での加速度の制限値は、より低いかもしれない。言い換えると、許容できるＸ‐Ｙ加速度は、エンドエフェクタ１１６と基板１０５の間の摩擦の関数であり、これは、それ自体、Ｚ方向の加速度の関数である。エンドエフェクタ１１６が、可能な最も速い速度で水平面（Ｘ‐Ｙ平面）の中を移動できるように、垂直振動を最小化することが望ましい。

［００３９］保存されたデータは、その後、将来の正規システム動作の間に、エンドエフェクタ１１６上の基板１０５の（例えば、垂直Ｚ方向の）加速又は振動を予測するために、用いられうる。

［００４０］幾つかの実施形態において、モータ２３９Ｒ、２３９Ｖへの制御信号が、振動を減少させるために、時々運動プロファイルを修正するために、用いられうる。加えて、システム障害が起こった場合、将来の障害を回避しようとするために、障害時の振動を測定することが望ましいかもしれない。障害データは、ロボットの動きを修正して、将来の障害を回避したり、又は保守作業を始めたり（例えば、フラグ又はアラーム）、又はロボット１０８を停止させるためにさえ、用いられうる。

［００４１］論じられるように、以前に収集された振動及び動きのデータはまた、これらの動きの下でエンドエフェクタ１１６又は基板１０５で生じる垂直振動に関する、モータ２３９Ｒ、２３９Ｖによって実行される様々なロボットの動きのモデル（例えば、一つ又は複数の伝達関数）を作るために、用いられうる。これらの一つ又は複数の伝達関数は、センサ１４０によって測定される振動に基づいて、エンドエフェクタ１１６での、及び基板１０５の加速度を決めるために、用いられうる。センサ１４１は、動作システムから除去されてもよく、モデルを生成するためにのみ使われてもよい。幾つかの実施形態において、エンドエフェクタ１１６及び／又は基板１０５の垂直方向（Ｚ軸）の望ましくない全振動をもたらす周波数（複数可）でのロボット構造の振動を引き起こす制御入力を防止するために、フィルタ設計が適用されてもよい。

［００４２］例えば、図４Ｂに示されるように、バイカッドノッチフィルタなどのフィルタ１４８が、ロボット１０８の様々な動きを引き起こす回転モータ２３９Ｒと垂直モータ２３９Ｖを駆動するロボットサーボ制御を実行するロボットコントローラ１１９からのサーボ入力に適用されてよい。

［００４３］次に、振動が制御されるロボット装置の詳細な動作が、図１〜図４Ｂと、一つ又は複数の実施形態による振動が制御されるロボット装置を動作させる方法５００を示す図５のフローチャートを参照して、より詳細に記載される。方法５００は、５０２で、ロボット（例えば、ロボット１０８）のエンドエフェクタ（例えば、エンドエフェクタ１１６）上で基板（例えば、基板１０５）を支持することを含む。具体的には、ロボット１０８のエンドエフェクタ１１６は、種々のチャンバ１０４、１０６の間（例えば、プロセスチャンバからプロセスチャンバへ、プロセスチャンバからロードロックチャンバへ、又はその逆）での基板移送中に基板１０５を支持する。本明細書に記載されるマルチアームロボット１０８などの、任意の適当なロボットが使用されてよい。更に、ロボット１０８は、基板１０５以外の物を支持するために用いられてもよいし、他のシステムの中で用いられてもよい。

［００４４］方法５００は、５０４で、ロボット１０８に連結されたセンサ（例えば、センサ１４０、センサ１４１又は両方）を準備することを含んでよい。ロボット１０８に連結することは、ハウジング１４２を通って、モータ２３９Ｒ、２３９Ｖの一つ又は複数を通って、ロボット１０８が取付けられた構造体へ、テスト基板１０５へ、又はエンドエフェクタ１１６などの、ロボット１０８の他の構成要素への連結によってもよい。幾つかの実施形態において、複数のセンサ１４０、１４１が、ロボット１０８に直接に連結されてもよい。いくつかの実施形態において、センサ１４０のみが、用いられてもよい。５０６において、本方法は、５０６で、ロボット１０８が基板１０５を搬送するときに、センサ（例えば、センサ１４０、センサ１４１又は両方）でロボット１０８の振動を検出することを含む。実施形態において、検出される振動データは、永続的センサ１４０が振動を感知するロボットハウジング１４２上に配置された永続的センサ１４０から収集されてもよい。上記のように、移送チャンバ１０２の中などの真空環境内で信号を走らせることは、難しいかもしれない。ロボットハウジング１４２は、移送チャンバ１０２の真空の外側であるので、ロボットハウジング１４２又はロボット１０８が取付けられている構造体の上に配置された永続的センサ１４０は、振動に関する信頼できる、一貫して測定可能なデータを提供しうる。

［００４５］他の実施形態において、ロボットハウジング１４２上に配置された永続的センサ１４０とエンドエフェクタ１１６（図２）上及び／又はテスト基板１０５（図３）上に配置された一時的センサ１４１の組合せが、振動データ（例えば、垂直振動データ）を生成するために用いられうる。モータ２３９Ｒ、２３９Ｖ又は他のシステム構成要素の振動によるエンドエフェクタ１１６又は基板１０５の振動を直接に感知しうる一時的センサ１４１とは反対に、永続的センサ１４０は、ロボット１０８を動作させるために使用されるモータ２３９Ｒ、２３９Ｖの振動を、より直接に感知しうる。永続的センサ１４０は真空の外にあるので、永続的センサ１４０からのデータは、より信頼性をもって、そしてより便利に送られうるとは言え、一時的センサ１４１は、基板１０５が支持されるエンドエフェクタ１１６や、場合によっては実際の基板１０５の振動を直接に感知しているので、永続的センサ１４０と一時的センサ１４１の両方の組合せからのデータを用いることは、基板１０５の振動のより信頼性のある表示を提供しうる。センサ１４１がエンドエフェクタ１１６に又はその近くに配置されうる実施形態においては、直接の振動測定が達成されうる。けれども、多くの実施形態において、ハウジング１４２に連結された又はロボット１０８を支持する構造体上の他の場所で連結されたセンサ１４０のみが、提供されうる。

［００４６］幾つかの実施形態において、診断、モデル構築、又は他の将来の使用のための振動データを収集するために、外的振動が、例えば、移送チャンバ１０２に取付けられる振動する質量１４６（図３）などの作動装置などにより人工的に誘発されうる。他の振動誘発装置が、使用されてもよい。他の実施形態において、外的振動を人工的に誘発する代わりに、システム１００の非テスト／生産動作の間に引き起こされる振動からのデータを収集することが、エンドエフェクタ１１６又はテスト基板１０５上の一時的センサ１４１を用いている間、これらの動作は続きうるので、可能でありうる。

［００４７］他の実施形態において、センサ１４０と１４１は、相関データを生成するために使用されうる。例えば、永続的センサ１４０と一時的センサ１４１が、振動を感知し、データを収集している間に、更新ルーチン又は再較正ルーチンが、実行されうる。他の実施形態において、振動する質量１４６などで外的振動を人工的に誘発する代わりに、それぞれのモータ２３９Ｒ、２３９Ｖを駆動するサーボ駆動出力信号の中に一つ又は複数の周波数の振動「ノイズ」を導入することにより、ロボット１０８は、それ自体で、振動させられうる。詳細には、ホワイトノイズ（例えば、全ての励起周波数を含む不規則信号）が、ロボットコントローラ１１８（例えば、サーボコントローラ）の駆動回路の中のフィードフォワード経路を通る命令された駆動信号（例えば、命令された電流信号）の中に導入されうる。

［００４８］図４Ａに示されるように、データ収集プロセスの間、永続的センサ１４０と一時的センサ１４１のいずれか又は両方からの信号が、サンプリングされ、デジタルデータフォーマットへの信号変換のためのＩ／Ｏモジュール１２１に送られうる。変換されたデジタルデータは、その後、振動コントローラ１１９に送られうる。振動コントローラ１１９は、一般的な高水準の処理を実行してよく、センサ１４０、１４１からのデータを更に処理してよい。振動コントローラ１１９はまた、ロボットコントローラ１１８とインターフェース接続して、ロボットコントローラ１１８からフィードバックを受けてもよい。振動コントローラ１１９は、フィルタ（例えば、バイカッドフィルタ）のためのフィルタ係数を選択し、実行のためにロボットコントローラ１１８へ係数を送ることによって、最適フィルタを「設計する」ために機能しうる。これは、ある事前に決められた更新速度で実行することができる。

［００４９］データが永続的センサ１４０と一時的センサ１４１の両方からサンプリングされる実施形態において、振動コントローラ１１９は、永続的センサ１４０からのデータを一時的センサ１４１からのデータと互いに関係付けるモデルの伝達関数を計算するための論理を含みうる。回転モータ２３９Ｒ、垂直モータ２３９Ｖ又は両方からの種々の入力に対して、及び振動する質量１４６又は他の近くの設備などからの外的振動入力に対しても、データが生成されうる。その後、外的振動又はモータ入力による振動入力が、例えば、モータハウジング１４２で感知され、その結果生じるエンドエフェクタ１１６及び基板１０５の振動を予想するために用いられるように、感知されたデータは、実際の基板振動をモデル化するために用いられうる。このやり方では、チャンバ１０２の外側のセンサのみが用いられうるが、それでも振動は正確に予測されうる。

［００５０］再び図５を参照し、５０８において、振動コントローラ１１９は、収集されたデータを分析し、場合によってはデータを互いに関係付けるための論理を含んでよい。分析は、例えば、いつ、及びどのような条件の下で、全振動が望ましくないレベル（例えば、０．１ｇより大きい横方向の加速）に達しうるかを決定することを含んでよい。更に、分析は、ロボット１０８へのどのような入力が、その望ましくない振動レベルと関連する動きを引き起こしたかを決定してもよい。

［００５１］収集されたデータ及び分析は、例えば、任意の適当な保存媒体（例えば、振動コントローラ１１９のＲＡＭ、ＲＯＭ又は他のメモリ）の中に保存されてもよい。この保存された分析及びデータは、基板振動モデル（例えば、伝達関数）を作るために用いられうる。下記のように、振動生成要素（例えば、回転モータ２３９Ｒ、垂直モータ２３９Ｖ、ポンプ、スリットバルブ、他のロボットなどの内部ツール刺激装置、外部刺激、最適以下のサーボ制御、又はそれらの組合せ）が、大きな振幅で又は特定の周波数（複数可）で動作しないようにすることによって、将来の作動中に振動を減少させるために、振動モデルは用いられうる。

［００５２］追加的に又は代替的に、ロボット１０８のリアルタイム動作中に、永続的センサ１４０は、チャンバ１０２の外側でロボット１０８の振動を感知してよく、振動コントローラ１１９は、この感知されたデータを、保存されたデータ及び分析と比較し、振動生成要素（例えば、モータ２３９Ｒ，２３９Ｖ）の動作パラメータが、望ましくない振動を引き起こす周波数のうちの特定の周波数での動作を回避し、それによってロボット１０８と支持された基板１０５の振動を減少させるように、リアルタイムで調節されてよい。振動生成要素が特定の周波数で動作しないようにするための、ロボット１０８の動作の調節は、手動で行なわれてもよいし、又は自動で行われてもよい。

［００５３］データが分析された後、幾つかの実施形態において、 図４Ａに示されるように、フィルタ１４８又は他の弱め合う干渉が、例えば、ロボットコントローラ１１８を経てロボット１０８に適用され、振動の振幅を減少させてもよい。幾つかの実施形態において、一つ又は複数のフィルタ１４８は、ノッチフィルタでもよいし、具体的には、例えば、バイカッドノッチフィルタでもよい。従来知られているように、ノッチフィルタは、ストップバンドの中の周波数を除く全ての周波数を通すフィルタである。フィルタ１４８は、完全にデジタルに実行されてよい。ストップバンドの中の周波数は、伝わらないようにされる周波数である。ノッチフィルタ１４８は、それの係数を設定することによって調節されてもよい。例えば、ストップバンドが、ノッチフィルタ１４８のエッジの鋭さ（フィルタのいわゆる「Ｑ」）と同じく、設定されてもよい。

［００５４］モータ２３９Ｒ及び／又はモータ２３９Ｖ又は他の振動生成要素が、強い振動を基板１０５で引き起こす特定の周波数（複数可）で動作しないようにし、それによってロボット１０８の振動及び基板１０５での振動を減少させるように、ノッチフィルタ１４８は機能してよい。例えば、フィルタ１４８は、モータ２３９Ｒ、２３９Ｖへの駆動信号を発生するように調節されたモータ駆動回路に連結されてもよいし、又はその一部であってもよい（例えば、サーボ制御システム）。フィルタ１４８は、完全にデジタルであってもよく、そのため、個別の部品は存在しなくともよい。振動コントローラ１１９は、ロボットコントローラ１１８のサーボ制御ループの中に備えられる一つ又は複数の（例えば、複数の）フィルタの一つ又は複数の係数を設定するように、機能してもよい。これらの係数がいかに設定されるかを制御することは、一つ又は複数のフィルタ１４８が、いかに振舞うかを決定することであり、通過周波数及び／又は鋭さを調節しうる。

［００５５］図４Ｂに示されるように、制御モデル４００が示される。センサ１４０からのセンサ信号が、Ａ／Ｄコンバータ４４９によってデジタル信号に変換され、振動コントローラ１１９（点線で示される）のプロセッサによって処理されうる。プロセッサは、ブロック４５０の中のモデルと測定値ａ_ｍに基づいてエンドエフェクタ１１６での振動の推定値ａ_ｗの計算を実行する。フーリエ変換とピーク検出ルーチンが、ブロック４５２で実行され、それぞれ線４５３Ａと線４５３Ｂの中の信号の周波数ｆ_ｗとピーク振幅を決定しうる。これらの値から、一つ又は複数のフィルタ１４８についての係数が、バイカッドノッチフィルタ設計ブロック４５４によって決定されうる。様々なフィルタ係数が、Ｑ，ｆ_０及びｆ_ｓなどの一つ又は複数の入力を有する下記の手順によって選ばれうる。ここで、Ｑは、振動がいかに積極的にキャンセルされるべきかを決定する因子であり、ｆ_０は振動周波数であり、ｆ_ｓはサンプリング周波数である。一般的なバイカッドフィルタは、そのとき、以下の形を取りうる。
Ｙｎ＝（ｂ_０／ａ_０）Ｘ_ｎ＋（ｂ_１／ａ_０）Ｘ_ｎ−１＋（ｂ_２／ａ_０）Ｘ_ｎ−２−（ａ_１／ａ_０）ｙ_ｎ−１−（ａ_２／ａ_０）ｙ_ｎ−２
及び
α＝ｓｉｎ（ω_０）／２Ｑ
及び
ω_０＝２πｆ_０／ｆ_ｓ
このとき、係数は、以下のように計算できる。
ｂ_０＝１
ｂ_１＝−２ｃｏｓ（ω_ｏ）
ｂ_２＝１
ａ_０＝１＋α
ａ_１＝−２ｃｏｓ（ω_ｏ）
ａ_２＝１−α

［００５６］駆動信号ｙでモータ２３９Ｒ、２３９Ｖを駆動するために駆動信号ｙｄが修正されるように、ロボットコントローラ１１９のロボットサーボ制御４５６からの駆動信号を修正するために、上記のようなバイカッドノッチフィルタ設計ブロック４５４によって設定される係数を有する一つ又は複数のフィルタ１４８が、用いられうる。エンドエフェクタ１１６での振動が、ある周波数で最小化されるように、修正された駆動信号ｙは、一つ又は複数のフィルタ１４８によって適切にフィルタ処理されている。

［００５７］幾つかの実施形態において、複数の周波数がエンドエフェクタ１１６で不必要な垂直振動を生ずる場合に、複数の周波数がフィルタ処理されるように、複数のフィルタが、同時に並列で用いられうる。複数の乱れ又は望ましくない振動が同時に起こる場合、ロボットコントローラ１１８は、それによって多くの望ましくない振動がフィルタ処理される又は起こらないようにされる第一の主効果を、最初に用いてもよい。

［００５８］幾つかの実施形態において、データが分析された後、フィルタ１４８が適用されることに加え、又はそれに代わって、ロボット１０８の動作が、振動を最小化するように、更に調節されうる。例えば、上記のように、Ｚ軸に沿ったエンドエフェクタ１１６と基板１０５の振動は、Ｘ軸とＹ軸に沿ったエンドエフェクタの動きにクロスモード連結され、その動きに原因を帰しうる。それゆえ、Ｚ軸に沿ったエンドエフェクタ１１６の振動を最小化するために、Ｘ軸とＹ軸に沿ったエンドエフェクタ１１６の運動を制御する回転モータ２３９Ｒのうちの一つ又は複数の動作が、振動を引き起こす仕方でモータ２３９Ｒが働かないように、調節又は修正されうる。例えば、エンドエフェクタ１１６の垂直振動モードを励起させる幾つかの望ましくない周波数での動きが、フィルタを用いることなどにより、回避又は最小化されうる。

［００５９］本発明の実施形態は、様々な修正や代替的形態が可能であるが、それの特定の実施形態と方法が、図面において例示的に示されており、本明細書中に詳細に記載されている。しかし、開示された特定の装置、システム又は方法に本発明を限定する意図はなく、逆に、本発明の範囲にある全ての修正例、同等物、及び代替例を含むことが意図されるということが、理解されるべきである。

Claims (15)

1. 基板を搬送するように動作可能なエンドエフェクタを有するロボットと、
   前記ロボットに連結されたセンサであって、前記ロボットが前記基板を搬送するときに振動を感知するように動作可能なセンサとを備え、
   前記センサによって測定されるデータに基づいて、前記ロボットの振動を減少させることを含む、振動が制御されるロボット装置。
2. 前記センサは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計である、請求項１に記載の振動が制御されるロボット装置。
3. 前記ロボットへの幾つかの入力周波数をフィルタ処理するように動作可能なフィルタを備える、請求項１に記載の振動が制御されるロボット装置。
4. 前記フィルタは、事前に設定された周波数での振動が基板に伝わらないようにすることによって振動を減少させるように動作可能なノッチフィルタを含む、請求項３に記載の振動が制御されるロボット装置。
5. 許容可能な全振動が、０．１ｇ未満の加速度である、請求項３に記載の振動が制御されるロボット装置。
6. 前記振動を示す第一の信号を前記センサから受信するように動作可能な振動コントローラを更に備える、請求項１に記載の振動が制御されるロボット装置。
7. 前記振動コントローラは、感知された振動を前記ロボットの特定の動きと互いに関係付けるための論理を備える、請求項６に記載の振動が制御されるロボット装置。
8. 前記論理は、予期される振動を決定するために前記第一の信号をデータベースと比較する、請求項７に記載の振動が制御されるロボット装置。
9. 基板をロボットのエンドエフェクタで支持すること、
   前記ロボットに連結されたセンサを準備すること、
   前記ロボットが前記基板を搬送するときに、前記ロボットの振動を前記センサで検出すること、
   望ましくない量の振動が起こる一つ又は複数の条件を決定すること、及び
   前記ロボットの前記エンドエフェクタの振動の少なくとも幾らかを最小化することを含む、ロボットの振動の減少方法。
10. 前記ロボットの振動の少なくとも幾らかを最小化することは、
    前記望ましくない量の振動が起こる一つ又は複数の周波数を遮断するフィルタをモータ駆動回路に適用することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記ロボットの振動の少なくとも幾らかを最小化することは、
    前記望ましくない量の振動が起こる周波数で前記ロボットが動作しないようにすることを含む、請求項９に記載の方法。
12. 望ましくない量の振動が起こる周波数を決定することは、
    振動する質量で外的振動を人工的に誘発することを含む、請求項９に記載の方法。
13. チャンバと、
    前記チャンバの中に受け入れられるロボットであって、基板を搬送するように動作可能なエンドエフェクタを有するロボットと、
    前記ロボットに連結されたセンサであって、前記ロボットが前記基板を支持するときに前記ロボットの振動を検出するように動作可能なセンサとを備える、振動が制御される基板搬送システム。
14. 駆動モータのための駆動回路であって、前記エンドエフェクタの振動を減少させるように動作可能なフィルタを有する駆動回路を備える、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記フィルタがノッチフィルタである、請求項１３に記載のシステム。
    

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