KR101859441B1 - 진동-제어되는 기판 핸들링 로봇, 시스템들, 및 방법들 - Google Patents

진동-제어되는 기판 핸들링 로봇, 시스템들, 및 방법들 Download PDF

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제프리 씨. 허진스
알렉스 민코비치
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Abstract

실시예들은 진동-제어되는 로봇 장치를 개시한다. 장치는, 기판을 운송하도록 동작가능한 엔드 이펙터(end effector)를 갖는 로봇, 로봇에 커플링된 센서 ― 센서는, 로봇이 기판을 운송할 때, 진동을 감지하도록 동작가능함 ―, 및 기판을 지지하는 엔드 이펙터의 진동을 감소시키도록 로봇을 동작시키는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 엔드 이펙터의 원하지 않는 진동을 야기하는 하나 또는 그 초과의 주파수들을 필터링하기 위해, 모터 구동 회로에 필터가 제공된다. 진동 제어 시스템들 및 진동 제어 시스템들을 동작시키는 방법들이 다른 양상들로서 제공된다.

Description

진동-제어되는 기판 핸들링 로봇, 시스템들, 및 방법들{VIBRATION-CONTROLLED SUBSTRATE HANDLING ROBOT, SYSTEMS, AND METHODS}
관련 출원들
[0001] 본원은, 발명의 명칭이 "VIBRATION-CONTROLLED SUBSTRATE HANDLING ROBOT, SYSTEMS, AND METHODS"이고, 2012년 11월 30일자로 출원된, 미국 가특허 출원 일련 번호 제 61/731,816 호(대리인 관리 번호 17490USA/L/FEG/SYNX/CROCKER S)를 우선권으로 주장하며, 그 미국 가특허 출원은, 이로써, 모든 목적들을 위해, 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 발명은 일반적으로, 기판 핸들링 시스템들에 관한 것이고, 더 상세하게는, 기판 핸들링 로봇들, 및 기판 핸들링 로봇들을 동작시키는 방법들에 관한 것이다.
[0003] 종래의 전자 디바이스 제조 시스템들은, 다수의 프로세스 챔버들 및 하나 또는 그 초과의 로드 락 챔버들을 포함할 수 있다. 그러한 챔버들은, 예컨대, 복수의 프로세스 챔버들이 이송 챔버 주위에 분배될 수 있는 클러스터 툴들에 포함될 수 있다. 이들 시스템들 및 툴들은, 하나 또는 그 초과의 로드 락 챔버들과 다양한 프로세스 챔버들 사이에서 기판들(예컨대, 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 반도체 웨이퍼들, 유리 패널들, 폴리머 기판들, 레티클(reticule)들, 마스크들, 유리 플레이트들 등)을 운송하기 위해 이송 챔버 내에 하우징될(housed) 수 있는 이송 로봇들을 채용할 수 있다.
[0004] 예컨대, 이송 로봇은, 프로세스 챔버로부터 프로세스 챔버로, 또는 로드 락 챔버로부터 프로세스 챔버로, 또는 그 역으로, 기판을 운송할 수 있다. 이송 로봇이 기판을 핸들링하는 경우에, 예컨대, 기판이 이송 로봇의 컴포넌트들 상에서 슬라이딩(sliding)하는 것으로 인해, 입자들이 생성될 수 있다. 기판 슬라이딩은, 기판 운송 동안에 수행되는 수직(normal) 경로 이동들 동안의 수평 기판 가속에 의해 유발될 수 있다. 운송은 이송 로봇의 엔드 이펙터 상에서 이루어질 수 있고, 엔드 이펙터 상에서의 기판 슬라이딩이 입자들을 생성할 수 있다. 입자 생성이 제조 환경을 오염시킬 수 있고, 가능하게는, 제조된 기판에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 입자 생성은 일반적으로 바람직하지 않다.
[0005] 따라서, 입자 생성을 감소시키면서 기판들이 신속하게 이동될 수 있게 하는 기판 핸들링 로봇에 대한 필요성이 존재한다.
[0006] 제 1 양상에서, 진동-제어되는 로봇 장치가 제공된다. 진동-제어되는 로봇 장치는, 기판을 운송하도록 동작가능한 엔드 이펙터를 갖는 로봇, 로봇에 커플링된 센서 ― 센서는, 로봇이 기판을 운송할 때, 진동을 감지하도록 동작가능함 ―, 및 로봇의 진동을 감소시키도록 동작가능한 필터를 포함한다.
[0007] 다른 양상에 따르면, 로봇 진동 감소 방법이 제공된다. 로봇 진동 감소 방법은, 로봇의 엔드 이펙터로 기판을 지지하는 단계, 로봇에 커플링된 센서를 제공하는 단계, 로봇이 기판을 운송할 때, 센서로 로봇의 진동을 검출하는 단계, 바람직하지 않은 양의 진동이 발생하는 하나 또는 그 초과의 조건들을 결정하는 단계, 및 로봇의 엔드 이펙터의 진동의 적어도 일부를 최소화하는 단계를 포함한다.
[0008] 또 다른 양상에서, 진동-제어되는 기판 운송 시스템이 제공된다. 진동-제어되는 기판 운송 시스템은, 챔버, 챔버에 수용된 로봇 ― 로봇은, 기판을 운송하도록 동작가능한 엔드 이펙터를 가짐 ―, 및 로봇에 커플링된 센서를 포함하며, 센서는, 로봇이 기판을 지지할 때, 로봇의 진동을 검출하도록 동작가능하다.
[0009] 본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 다수의 다른 양상들이 제공된다. 본 발명의 실시예들의 다른 특징들 및 양상들은, 다음의 상세한 설명, 첨부된 청구항들, 및 첨부 도면들로부터 더 완전히 분명하게 될 것이다.
[0010] 도 1은, 실시예들에 따른, 진동-제어되는 기판 운송 시스템의 개략적인 상면도를 예시한다.
[0011] 도 2는, 실시예들에 따른, 도 1의 진동-제어되는 기판 운송 시스템의 부분적인 측단면도를 예시한다.
[0012] 도 3은, 실시예들에 따른, 진동-제어되는 기판 운송 시스템의 다른 부분적인 측단면도를 예시한다.
[0013] 도 4a는, 실시예들에 따른, 진동-제어되는 기판 운송 시스템의 블록도를 예시한다.
[0014] 도 4b는, 실시예들에 따른, 시스템의 진동 제어 모델의 블록도를 예시한다.
[0015] 도 5는, 실시예들에 따른, 로봇 진동 감소 방법을 나타내는 흐름도를 예시한다.
[0016] 전자 디바이스 제조는, 다양한 위치들 사이에서의 기판들의 매우 정밀한 그리고 신속한 운송을 수반할 수 있다. 특히, 그러한 로봇들이, 이들이 서비싱(service)하는 챔버들(예컨대, 프로세스 챔버들, 또는 하나 또는 그 초과의 로드 락 챔버들)에 관하여 정밀하게 배향될(oriented) 수 있는 것이 바람직하다. 하나 또는 그 초과의 엔드 이펙터들(때때로, "블레이드(blade)들"이라고 지칭됨)이, 로봇의 암(arm)의 단부(end) 부분에 부착될 수 있고, 기판 프로세싱 시스템의 하나 또는 그 초과의 로드 락 챔버들 및/또는 프로세스 챔버들로 그리고 이들로부터, 엔드 이펙터(들) 상에 놓인 하나 또는 그 초과의 기판들을 운송하도록 적응될 수 있다. 슬라이딩 및 입자 생성을 최소화하면서, 가능한 신속하게 기판을 이동시키는 것이 바람직하다.
[0017] 그러나, 몇몇 경우들에서, 엔드 이펙터 상에서의, 그리고, 특히, 엔드 이펙터의 엔드 이펙터 패드들 상에서의 기판 슬라이딩이 발생할 수 있다. 그러한 기판 슬라이딩은, 수직 이송 모션 프로파일들을 수행하는 것을 통한 기판 수평(예컨대, 측면방향(lateral)) 가속에 의해, 그러나 또한, 이송 로봇 진동과 조합되어, 유발될 수 있다. 로봇 모션들 또는 다른 소스들로 인해 기판에 전달되는 수직 진동은, 기판 상에 작용하는 수직력(normal force)을 감소시키고, 따라서, 기판 상의 마찰력(friction force)을 감소시킨다. 따라서, 입자 생성을 야기할 수 있는 슬라이딩이 발생할 수 있다. 따라서, 입자 생성이 기판, 하나 또는 그 초과의 로드 락 챔버들, 프로세스 챔버들, 및 이송 챔버들을 오염시킬 수 있고, 제조된 기판, 뿐만 아니라, 제조 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 입자 생성은 일반적으로 바람직하지 않다. 따라서, 개선된(즉, 감소된) 입자 생성, 및/또는 한층 더 빠르게 이동하는 능력을 갖는 기판 핸들링 로봇에 대한 필요성이 존재한다.
[0018] 특히, 당해 이동의 임의의 흔적(evidence)(예컨대, 입자들), 및/또는 기판을 운반하는(carrying) 엔드 이펙터 상에서의 임의의 리포지셔닝(repositioning)을 최소화하면서, 제조 시스템 주위에서 기판을 이동시키는 것이 목표이다. 로봇 장치의 신속한 이동은, 엔드 이펙터 및 그 엔드 이펙터 상에 놓인 기판의 원하지 않는 진동을 야기할 수 있다. 그러한 진동은, 기판과 엔드 이펙터 접촉 패드들 사이의 마모(abrasion) 및 슬라이딩을 유발할 수 있다. 예컨대, 본 발명자들은, 로봇 장치의 엔드 이펙터들 및 암들의 수직 동작 모션(예컨대, 측면방향 가속)이 로봇 장치 전체의 진동을 야기할 수 있다고 결정하였다. 모션은, 로봇 장치의 진동 모드들을 발생시킬 수 있고, 따라서, 엔드 이펙터 패드들 상에 놓인 기판의 진동을 야기할 수 있다. 진동의 일부는 엔드 이펙터에서 수직적일 수 있고, 이는, 기판 상에 작용하는 수직력을 감소시킬 수 있다. 로봇 진동의 다른 소스들은, 내부 툴 스티뮬레이터(stimulator)들, 예컨대 모터들, 트랜스미션 구동 시스템(transmission drive system)들, 펌프들, 슬릿 밸브들, 다른 로봇들, 뿐만 아니라, 외부 스티뮬레이션(stimulation), 및 준-최적(sub-optimal) 서보 제어를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같은 준-최적 서보 제어는, 로봇을 동작시키기 위해 사용되는 초기 제어 알고리즘들이 필드(field)에서 적용되는 바와 같은 최적(optimal)보다는 못함을 의미한다.
[0019] 예컨대, 로봇 장치를 위한 세팅(setting)들은, 팩토리 세팅들을 갖는 그리고 알려진 환경에서의 시스템의 동적 거동(behavior)의 이해로부터 유래할 수 있다. 그러나, 필드에 있게 되고, 실제 시스템의 부분으로서 동작하게 되면, 세팅들은, 환경 인자(factor)들, 예컨대 온도 변화들, 벨트들의 루즈닝(loosening), 설치 변동(installation variance)들 등으로 인해, 로봇의 움직임들이 다시 최적화될 수 있도록, 변화될 필요가 있을 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 수직 모션 프로파일들을 수행하는 동안의 이동 및 기판 수직 가속과 조합되어, 로봇 진동은, 기판이 엔드 이펙터 패드들 상에서 슬라이딩하거나 또는 미끄러지게 할 수 있다. 일 양상에서, 엔드 이펙터 패드들 상에서의 기판의 임의의 이동은, 로드 락 챔버 또는 프로세스 챔버에서 특정 위치에 신뢰성 있게 기판을 배치하는 것이 바람직하고, 엔드 이펙터 상에서 원하는 위치로부터 기판의 위치가 이동된 경우에, 그 후, 기판이 정확하게 배치되지 않을 수 있다는 점에서, 문제가 된다.
[0020] 부가적으로, 기판 가속 및 슬라이딩이 입자들의 원하지 않는 생성을 야기할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 입자 생성은 바람직하지 않다. 종래의 로봇 장치는, 엔드 이펙터 상에서의 기판의 모션(예컨대, 슬라이딩으로 인한 리포지셔닝)을 감지하기 위해, 기판 중심-발견 시스템(substrate center-finding system)들에서와 같이, 위치 피드백(position feedback)을 사용할 수 있다. 그러나, 그러한 위치 피드백은, 진동의 어떠한 표시도 제공하지 않거나 또는 입자 생성을 처리(address)하지 않는다.
[0021] 본 발명의 실시예들은, 로봇의 진동을 감소시키기 위한, 장치, 시스템들, 및 방법들을 제공한다. 특히, 본 발명의 실시예들은, 로봇의 진동을 감소시키고, 따라서, 로봇 상에 위치된 기판의 진동을 감소시키기 위한 진동-제어되는 로봇 장치를 제공한다. 이는, 기판의 미끄러짐(slippage)을 감소시킬 수 있고, 따라서, 입자 생성, 즉, 마모로 인한 입자들의 생성을 감소시킬 수 있다. 개선된 진동-제어되는 로봇 장치는, 진동을 생성하는 로봇 모션의 하나 또는 그 초과의 양상(aspect)들을 조정함으로써, 기판에서 진동을 감소시키도록 동작가능하다. 특히, 진동-제어되는 로봇 장치는, 진동-제어되는 로봇 장치가, 바람직하지 않은 진동을 야기하는 특정한 주파수 또는 주파수들에서 동작하지 않도록 하는 방식으로 동작가능할 수 있거나, 또는, 적어도, 그러한 진동이 감소되는 방식으로 동작될 수 있다.
[0022] 진동-제어되는 로봇 장치, 진동-제어되는 기판 운송 시스템들, 및 로봇 진동을 감소시키는 방법들의 이들 및 다른 실시예들이 도 1 내지 도 5를 참조하여 아래에서 설명된다. 도면들은 반드시 실척대로 도시된 것은 아니다. 동일한 참조 번호들은 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해 명세서 전반에 걸쳐 사용된다.
[0023] 이제 구체적으로 상세히 도 1 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른, 전자 디바이스 제조에서, 다양한 챔버들 사이에서 기판들(패터닝된 또는 패터닝되지 않은 반도체 웨이퍼들, 유리 패널들, 폴리머 기판들, 레티클들, 마스크들, 유리 플레이트들 등)을 운송하기 위해 사용될 수 있는 기판 운송 시스템(100)이 도시된다. 기판 운송 시스템(100)은, 경계 벽들이 점선으로 도시된 진공 이송 챔버(102), 및 (또한 각각 점선으로 도시된) 이송 챔버(102)에 커플링된, 하나 또는 그 초과의 로드 락 챔버들(106) 및/또는 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들(104)을 포함할 수 있다. 다양한 프로세스 챔버들(104) 내의 하나 또는 그 초과의 기판들(예컨대, 기판(105)) 상에서, 증착, 산화, 질화, 에칭, 폴리싱, 세정, 리소그래피 등과 같은 다양한 프로세스들이 발생할 수 있다. 다양한 프로세스 챔버들(104)에서 다른 프로세스들이 수행될 수 있다.
[0024] 종래의 SCARA("Selective Compliance Assembly Robot Arm") 로봇과 같은 로봇(108)이, 각각의 챔버들(104, 106) 사이에서(예컨대, 프로세스 챔버 대 프로세스 챔버, 프로세스 챔버 대 로드 락 챔버, 또는 그 역) 기판(105)을 운송하기 위해 사용될 수 있다. 로봇(108)은, (X 및 Y 축들의 교차점에서 도시된) 숄더 축(shoulder axis)을 중심으로 회전가능한 상부 암(110), 상부 암(110)의 아웃보드(outboard) 단부 상에서 엘보 축(elbow axis)을 중심으로 회전가능한 포어암(112), 및 포어암(112)의 아웃보드 단부에서 리스트 부재 축(wrist member axis)을 중심으로 회전가능한 리스트 부재(114)를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터(116)는, 볼트들, 스크류들, 또는 다른 기계적인 파스너(fastener)들 등과 같은 임의의 적합한 수단에 의해, 리스트 부재(114)에 부착될 수 있다.
[0025] 예컨대, 프로세스 챔버(104)로 그리고 그로부터 엔드 이펙터(116)를 익스텐딩(extend) 및 리트랙팅(retract)하기 위해, 로봇(108)의 동작을 제어하는 로봇 제어기(118)는, 도 1에서 도시된 X 축 및 Y 축에 의해 정의된 바와 같은 X-Y 평면 내에서 화살표(120)에 의해 도시된 바와 같이, 숄더 축을 중심으로, 상부 암(110)이 회전하게 할 수 있다. 회전은, 예컨대, 약 +/- 180 도 익스커션(excursion)까지의 각도를 통해, (리트랙션(retraction)을 위해) 시계방향으로, 또는 (익스텐션(extension)을 위해) 반시계방향으로 이루어질 수 있다. 종래의 SCARA 로봇의 경우에, 포어암(112)은, 리트랙션 시에, 화살표(122)에 의해 도시된 바와 같은 방향으로 회전하고, 익스텐션 시에, 반대 방향으로 회전하도록 적응될 수 있다. 종래의 기어링(gearing)의 경우에, 포어암(112)의 회전은, 리스트 부재(114)로 하여금, 리트랙션 시에, 화살표(124)에 의해 도시된 바와 같이, 그리고 익스텐션 시에, 반대 방향으로, 포어암(112)에 관하여 회전하게 할 수 있다. 종래의 SCARA 로봇이 로봇(108)으로서 사용되는 경우에, 엔드 이펙터(116)는, 리스트 부재(114)의 리스트 축과 상부 암(110)의 숄더 축을 연결시키는 병진이동 축(128)을 따라, 로봇 베이스(126)에 관하여 병진이동(translate)할 수 있으며, 본 실시예에서의 병진이동 축(128)은, 도시된 배향들에서 Y 축과 일치한다. 따라서, 익스텐션 및 리트랙션 모션들을 달성하는 경우에, 회전이 없이, 엔드 이펙터(116)의 순수 병진이동이 제공될 수 있다. 게다가, 화살표(137)를 따라, 암들(110, 112) 및 리스트 부재(114)의 어셈블리(assembly)를 회전시키는 로봇(108)의 동작에 의해, 기판(105)이, 하나의 프로세스 챔버(104)로부터 다른 프로세스 챔버(104)로, 또는 프로세스 챔버(104)로부터 로드 락 챔버(106)로, 또는 로드 락 챔버(106)로부터 프로세스 챔버(104)로, 이동될 수 있다. SCARA 로봇이 도시되어 있지만, 본 발명이 다른 타입들의 로봇들에 대해 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 본 발명은, 하나 초과의 부착된 엔드 이펙터를 갖는 로봇들에 대해 적용가능할 수 있다.
[0026] 더 상세히, 로드 락 챔버들(106) 및 프로세스 챔버들(104) 각각은, 로봇(108)에 의해 서비싱될 수 있으며, 로봇(108)에 의해, 기판(105)이 다양한 챔버들(104, 106)로부터 픽킹될(picked) 수 있고, 다양한 챔버들(104, 106)에 배치될(put) 수 있다. 인지되어야 하는 바와 같이, 각각의 프로세스 챔버(104)는 (기판(105)과 같은) 기판을 포함할 수 있고, 로봇(108)은, 기판들(105) 상에서 프로세싱을 수행하기 위하여, 다양한 챔버들(104, 106) 사이에서 기판들(105)을 이동시키기 위해, 픽 앤 플레이스(pick and place) 동작들을 계속 수행하고 있을 수 있다.
[0027] 더 상세히, 엔드 이펙터(116)는, 기판(105)이 엔드 이펙터(116) 상에 놓여진 상태로, 하나의 챔버(예컨대, 104)로부터 리트랙팅된다. 리트랙팅되면, 전체 로봇(108)은, 화살표(137)를 따라, 베이스(126)를 중심으로 회전될 수 있다. 그 후에, 로봇 상부 암(110), 포어암(112), 리스트(114)는, 엔드 이펙터(116) 및 그 엔드 이펙터(116) 상에 있는 기판(105)을 다른 챔버(예컨대, 104 또는 106)에 전달하기 위해 작동될(actuated) 수 있다. 그러한 모션 프로파일들을 수행할 시에, 엔드 이펙터(116) 및 그 엔드 이펙터(116)에 놓인 기판(105)은, 슬라이딩 및 입자 생성을 야기할 수 있는 진동을 겪는다.
[0028] 대략적으로, (기판(105)과 같은) 기판들은, 팩토리 인터페이스(134)의 챔버에 상주할 수 있는, 점선 박스(132)로서 일반적으로 표현된 다른 로봇에 의해, 로드 락 챔버들(106)으로 이송될 수 있다. 팩토리 인터페이스(134) 내에서의 기판들의 이송은, 예컨대, 로드 포트들(138)에 도킹된(docked) 기판 캐리어들(136)으로부터 이루어질 수 있다. 기판 캐리어들(136), 로드 락들(106), 및 프로세스 챔버들(104)에서의 기판들을 위한 가능한 위치들은 점선 원들로서 도시된다.
[0029] 이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 진동-제어되는 기판 운송 시스템(100)의 수개의 예시적인 실시예들의 개략적인 측면도들이 도시된다. 로봇(108)은, 상부 암(110), 포어암(112), 및 리스트 부재(114)를 포함할 수 있고, 리프트 핀들 또는 다른 적합한 플랫폼 메커니즘(미도시)에 의해 엔드 이펙터(116)로부터 기판(105)이 리프팅될(lifted off) 수 있도록, 프로세스 챔버(104) 내로 (도 1을 참조하여 설명된 바와 동일한) 엔드 이펙터(116)를 삽입시킴으로써, 프로세스 챔버(104)를 서비싱하는 완전히-익스텐딩된 배향으로 도시된다. 선택적으로, 챔버(104 또는 106) 내에서의 배치(기판의 배치) 또는 픽(기판의 제거)은 로봇(108)의 z-축 기능에 의해 달성될 수 있으며, z-축 기능에 의해, 로봇(108)은, 배치 또는 픽을 달성하기 위해 Z-축으로(예컨대, 수직으로) 엔드 이펙터(116)를 하강 및 상승시키는 능력을 갖는다. 로봇(108)의 모션(동작 및 배향)을 제어하는, 하나 또는 그 초과의 회전 모터들(239R) 또는 수직 모터들(239V)의 동작은, 로봇 제어기(118)를 통해 제어된다. 로봇 제어기(118)는, 본원의 아래에서 설명될 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 필터들을 포함할 수 있고, 적합한 구동 회로를 포함할 수 있다.
[0030] 엔드 이펙터(116), 그리고 따라서, 기판(105)의 진동은, 모든 3개의 축들(X, Y, 및 Z)을 따라 발생할 수 있다. 그러나, Z-축을 따르는 진동이, 엔드 이펙터(116)와 기판(105) 사이의 수직력에서의 대응하는 감소, 및 엔드 이펙터(116)와 기판(105) 사이의 마찰력에서의 대응하는 감소를 초래할 수 있는 점에서, Z-축(수직 축)을 따르는 진동이 가장 문제가 될 수 있다. 이는, 결국, 엔드 이펙터(116) 상에서의 기판(105)의 더 많은 슬라이딩, 그리고 따라서, 더 많은 입자 생성을 초래할 수 있다.
[0031] Z-축을 따라 생성되는 진동은 종종, 예컨대, X 및 Y 축들을 따르는 로봇 암들(110, 112, 114) 및 엔드 이펙터(116)의 회전을 제어하는 모터들(239R)의 움직임으로부터의 기진(excitation)과 같은, 로봇(108)의 구조적 기진의 결과일 수 있다. 따라서, Z 축을 따르는 진동을 직접적으로 최소화하는 것은 어려울 수 있다. 이를 달성하기 위해, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들은, 아래에서 더 논의될 바와 같이, X 및 Y 축들을 따르는, 로봇(108)의 모션 또는 로봇 메커니즘을 조정함으로써, Z 축을 따르는 진동을 간접적으로 최소화하는 것을 제공할 수 있다. 다른 양상들에서, 수직 모터(239V)에 의해 야기되는 수직 진동이, 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따라 처리될 수 있다.
[0032] 진동-제어되는 기판 운송 시스템(100)은, 로봇(108)이 로봇(108)의 모션 프로파일(예컨대, 모션 이송 경로)을 따라 기판(105)을 운송할 때, 진동을 감지하도록 동작가능한 하나 또는 그 초과의 센서들(140, 141)을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들(140, 141)은 가속도계들일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 센서(140, 141)는 마이크로-전자기계 시스템(MEMS) 가속도계들일 수 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 가속도계는, 구조의 모션 동안의 가속 또는 진동을 측정하는 디바이스이다. 본원에서, "진동" 및 "가속"이라는 용어들은 교환가능하게 사용될 것이다.
[0033] 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 센서들(140, 141)은, 자석, 접착제(adhesive), 및 탑재 스터드(mounting stud), 또는 임의의 다른 적합한 탑재 수단 중 적어도 하나를 통해, 로봇(108)에 커플링될 수 있거나 또는 탑재될 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 센서(140)는, 로봇 하우징(142)에 직접적으로 탑재될 수 있다. 아래에서 더 설명될 바와 같이, 센서(140)는, 감지된 진동의 저장 및 분석을 위해, 진동 제어기(119)에, 감지된 진동의 신호를 송신할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 종래의 시스템들은, 모터들(239R, 239V)의 움직임, 그리고 따라서, 다양한 로봇 암들, 및 엔드 이펙터(116) 상의 기판(105)의 모션을 결정하기 위해, 하나 또는 그 초과의 위치 인코더들을 사용할 수 있다. 움직임은 진동을 암시할 수 있지만, 이는, 명확하게 진동이 발생한 것을 의미하지 않고, 또한, 위치 인코더들로부터 진동의 주파수 또는 크기가 결정될 수 있는 것을 의미하지도 않는다.
[0034] 몇몇 실시예들에서, 예컨대 이송 챔버(102)에서와 같이 진공 하에 있을 수 있는 챔버 내로 신호를 운반하는 와이어를 라우팅(route)하는 것은 어려울 수 있다. 그러나, 하우징(142)에서의 진동은 신뢰성 있게 측정가능할 수 있다. 로봇 하우징(142)에 센서(140)(예컨대, 영구적인 센서(permanent sensor))를 포함시킴으로써, 본 발명의 실시예들은, 챔버(102) 외부의 원격 위치에서 진동을 감지하는 것을 제공할 수 있다. 로봇(108)의 진동은, 로봇(108)이 기판(105)을 운송할 때, 센서들(예컨대, 센서들(140, 141))로 검출될 수 있고, 따라서, 진동 정보는, 센서(140)로부터 원격으로, 그리고 센서(141)(예컨대, 일시적인(temporary) 센서)로부터 기판(105) 또는 엔드 이펙터(116) 상에서 획득될 수 있다. 센서들(140, 141)로부터의 이러한 진동 정보는, 임의의 특정한 모션 또는 시스템 입력에 대해, 엔드 이펙터(116) 상의 기판(105)의 진동을 예상(predict)하기 위한 진동 모델을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 센서들(140, 141)로부터의 진동 정보는, 센서(141)에서의 진동과 센서(140)에서의 진동 사이의 관계를 설명하는 전달 함수(transfer function)를 전개(develop)시키기 위해 사용될 수 있다. 전달 함수는, 예컨대, 주파수 도메인에서 데이터를 분석하고, 커브 피팅(curve fit)을 수행함으로써 발견될 수 있다. 이러한 관계는 추가로, 로봇(108)의 위치에 대해 종속적일 수 있고, 이러한 경우에, 전달 함수들의 "패밀리(family)", 즉, 관심 있는 로봇(108)의 각각의 위치에 대한 전달 함수가 생성될 수 있다.
[0035] 실시예들에서, 예컨대, 하나 또는 그 초과의 센서들(140, 141)은, I/O 모듈(121)에, 감지된 진동 신호들을 송신할 수 있다. 신호들은, Z-축을 따르는 수직 가속 신호일 수 있지만, 다른 방향의 가속들이 또한 감지될 수 있다. I/O 모듈(121)은, 신호들을, 디지털적으로(digitally) 프로세싱될 수 있는 디지털 데이터로 변환시킬 수 있다. I/O 모듈(121)은, 필요한 경우에, 적합한 A/D 변환기들 및 증폭기들을 포함할 수 있다.
[0036] 그 후에, 변환된 디지털 데이터는 진동 제어기(119)에 송신되고, 진동 제어기(119)에서, 변환된 디지털 데이터는, 실시간으로 수집될(collected) 수 있고, 다수의 적용가능한 목적들을 위해 메모리에 저장될 수 있다. 예컨대, 저장된 또는 수집된 데이터는, 진동 모델을 생성하는 것, 기판 모션 프로파일들의 수행 동안의 엔드 이펙터(116)의 진동을 최소화하는 것, 센서(140)에서 특정 입력 진동이 감지되는 경우에 이송들을 지연시키거나 또는 변경하는 것을 위한 제어 목적들을 위해, 진단(diagnostic) 목적들을 위해, 또는 다른 적합한 목적들을 위해, 사용될 수 있다.
[0037] 일 양상에서, 이송 모션 프로파일에서의 임의의 물리적인 포인트에서, 그리고/또는 다른 시스템 디바이스들의 동작 또는 모션 프로파일 동안의 주어진 양의 시간 동안에 로봇 하우징(142)에서, 발생하는 진동들을, 센서(140)가 감지할 수 있고, 진동 제어기(119)가 기록(record)할 수 있다. 마찬가지로, 기판(105) 상에서 또는 엔드 이펙터에서 발생하는 진동들을, 센서(141)가 감지할 수 있고, 진동 제어기(119)가 기록할 수 있다. 이러한 방식으로, 기판(105) 상에서의 또는 엔드 이펙터(116)에서의 진동과 하우징(142)에서의 진동 사이의 상관(예컨대, 모델)이 결정될 수 있다.
[0038] 총 진동은, 엔드 이펙터(116)의 진동으로 인한 원하지 않는 가속(예컨대, z-축 진동)과, 수직적인 모션 프로파일의 수행으로 인한 가속의 합과 동등하다. 몇몇 실시예들에서, -1g 가속이 수직(Z) 방향으로 작용한다고 가정하여, 약 0.1g의 가속 미만이도록 제한되는, X-Y 평면에서의 총 진동 크기를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, Z 방향으로 진동이 존재하는 경우에, X-Y 평면에서의 가속 제한은 더 작을 수 있다. 즉, 허용가능한 X-Y 가속은, 그 자체가 Z 방향에서의 가속의 함수인, 기판(105)과 엔드 이펙터(116) 사이의 마찰의 함수이다. 엔드 이펙터(116)가 가능한 가장 빠른 레이트로 수평 평면(X-Y 평면)에서 이동될 수 있도록, 수직 진동을 최소화하는 것이 바람직하다.
[0039] 그 후에, 저장된 데이터는, (예컨대, 수직 Z 방향으로의) 엔드 이펙터(116) 상의 기판(105)의 진동 또는 가속을 예상하기 위해, 장래의 수직 시스템 동작 동안에 사용될 수 있다.
[0040] 몇몇 실시예들에서, 모터들(239R, 239V)로의 제어 신호들은, 진동을 감소시키기 위한 시간들에서, 모션 프로파일을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 시스템 고장이 발생한 경우에, 장래의 고장들을 피하기 위한 노력으로, 고장 시의 진동을 결정하는 것이 바람직할 수 있다. 고장 데이터는, 장래의 고장들을 피하도록 로봇 모션들을 변경하기 위해, 또는 유지보수 동작들을 개시(예컨대, 플래그(flag) 또는 알람(alarm))하기 위해, 또는 심지어, 로봇(108)을 정지시키기 위해 사용될 수 있다.
[0041] 논의되는 바와 같이, 이전에-수집된 진동 및 모션 데이터는 또한, 모터들(239R, 239V)에 의해 수행되는 상이한 로봇 모션들의 모델(예컨대, 하나 또는 그 초과의 전달 함수들)을, 이들 모션들 하에서 기판(105) 또는 엔드 이펙터(116)에서 발생하는 수직 진동에 관하여 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이들 하나 또는 그 초과의 전달 함수들은, 센서(140)에 의해 측정되는 진동에 기초하여, 기판(105)의 그리고 엔드 이펙터(116)에서의 가속을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 센서(141)는, 동작 시스템으로부터 제거될 수 있고, 모델을 생성하기 위해서만 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 수직 방향(Z 방향)에서의 기판(105) 및/또는 엔드 이펙터(116)의 바람직하지 않은 총 진동을 초래하는 주파수들 또는 주파수에서의 로봇 구조 진동들을 야기하는 제어 입력들을 방지하기 위해, 필터 설계가 적용될 수 있다.
[0042] 예컨대, 도 4b에서 도시된 바와 같이, 로봇(108)의 다양한 모션들을 야기하는, 수직 모터(239V) 및 회전 모터들(239R)을 구동시키는 로봇 서보 제어를 수행하는 진동 제어기(119)로부터의 서보 입력들에, 바이-쿼드 노치 필터(bi-quad notch filter)와 같은 필터(148)가 적용될 수 있다.
[0043] 이제, 진동-제어되는 로봇 장치의 상세한 동작이, 도 1 내지 도 4b, 및 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 진동-제어되는 로봇 장치를 동작시키는 방법(500)을 예시하는 도 5에서의 흐름도를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 방법(500)은, 502에서, 로봇(예컨대, 로봇(108))의 엔드 이펙터(예컨대, 엔드 이펙터(116)) 상에 기판(예컨대, 기판(105))을 지지하는 단계를 포함한다. 특히, 로봇(108)의 엔드 이펙터(116)는, 다양한 챔버들(104, 106) 사이의(예컨대, 프로세스 챔버 대 프로세스 챔버, 프로세스 챔버 대 로드 락 챔버, 또는 그 역) 기판 이송 동안에 기판(105)을 지지한다. 본원에서 설명되는 멀티-암(multi-arm) 로봇(108)과 같은 임의의 적합한 로봇이 사용될 수 있다. 추가로, 로봇(108)은, 기판들(105) 이외의 아이템(item)들을 지지하기 위해 사용될 수 있고, 다른 시스템들에서 사용될 수 있다.
[0044] 방법(500)은, 504에서, 로봇(108)에 커플링된 센서(예컨대, 센서(140), 센서(141), 또는 양자 모두)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 로봇(108)에 대한 커플링은, 하우징(142)을 통해, 모터들(239R, 239V) 중 하나 또는 그 초과를 통해, 로봇(108)이 부착된 구조에 대해, 테스트 기판(105)에 대해, 또는 로봇(108)의 다른 컴포넌트들에 대해, 예컨대 엔드 이펙터(116)에 대해, 커플링함으로써 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 센서들(140, 141)이 로봇(108)에 직접적으로 커플링될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 센서(140)만이 사용될 수 있다. 506에서, 방법은, 506에서, 로봇(108)이 기판(105)을 운송할 때, 센서(예컨대, 센서(140), 센서(141), 또는 양자 모두)로 로봇(108)의 진동을 검출하는 단계를 포함한다. 실시예들에서, 검출된 진동 데이터는, 로봇 하우징(142) 상에 위치된 영구적인 센서(140)로부터 수집될 수 있고, 로봇 하우징(142)에서, 영구적인 센서(140)는 진동을 감지한다. 위에서 설명된 바와 같이, 이송 챔버(102)에서와 같은 진공 환경에서 신호들을 라우팅하는 것은 어려울 수 있다. 로봇 하우징(142)이 이송 챔버(102)의 진공 외부에 있기 때문에, 로봇(108)이 탑재된 구조 또는 로봇 하우징(142) 상에 위치된 영구적인 센서(140)는, 진동에 관하여 신뢰성 있는 그리고 일관되게 측정가능한 데이터를 제공할 수 있다.
[0045] 다른 실시예들에서, 로봇 하우징(142) 상에 위치된 영구적인 센서(140)와, 엔드 이펙터(116) 상에(도 2) 및/또는 테스트 기판(105)(도 3) 상에 위치된 일시적인 센서(141)의 조합이, 진동 데이터(예컨대, 수직 진동 데이터)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 영구적인 센서(140)는, 모터들(239R, 239V) 또는 다른 시스템 컴포넌트들의 진동으로 인한 기판(105) 또는 엔드 이펙터(116)의 진동을 직접적으로 감지할 수 있는 일시적인 센서(141)와 대조적으로, 로봇(108)을 동작시키기 위해 사용되는 모터들(239R, 239V)의 진동을 더 직접적으로 감지할 수 있다. 영구적인 센서(140)가 진공 외부에 있기 때문에, 영구적인 센서(140)로부터의 데이터가 더 신뢰성 있고 편리하게 송신될 수 있지만, 일시적인 센서(141)가, 기판(105)이 지지되는 엔드 이펙터(116), 그리고 몇몇 경우들에서는, 실제 기판(105)의 진동을 직접적으로 감지하기 때문에, 영구적인 센서(140)와 일시적인 센서(141) 양자 모두의 조합으로부터의 데이터를 사용하는 것은, 기판(105) 진동의 더 신뢰성 있는 표시를 제공할 수 있다. 센서(141)가 엔드 이펙터(116)에 또는 엔드 이펙터(116) 근처에 위치될 수 있는 실시예들에서, 직접적인 진동 측정들이 달성될 수 있다. 그러나, 다수의 실시예들에서, 하우징(142), 또는 로봇(108)을 지지하는 구조 상의 다른 곳에 커플링된 센서(140)만이 제공될 수 있다.
[0046] 몇몇 실시예들에서, 진단, 모델링, 또는 다른 장래의 사용을 위해 진동 데이터를 수집하기 위하여, 예를 들어, 예컨대 이송 챔버(102)에 부착된 진동 매스(vibrating mass)(146)(도 3)와 같은 작동(actuating) 디바이스를 이용하여, 외부 진동이 인공적으로(artificially) 유발될 수 있다. 다른 진동 유발 디바이스들이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 인공적으로 유발하는 외부 진동 대신에, 시스템(100)의 비-테스트/생산 동작들 동안에 생성되는 진동들로부터 데이터를 수집하는 것이 가능할 수 있으며, 이는, 이들 동작들이, 테스트 기판(105) 또는 엔드 이펙터(116) 상의 일시적인 센서(141)를 사용하면서, 계속될 수 있기 때문이다.
[0047] 다른 실시예들에서, 센서들(140 및 141)이 상관 데이터를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 영구적인 센서(140) 및 일시적인 센서(141)가 진동을 감지하고 데이터를 수집하는 동안에, 업데이트 또는 리캘리브레이션(recalibration) 루틴이 실행될(run) 수 있다. 다른 실시예들에서, 예컨대 진동 매스(146)로 외부 진동을 인공적으로 유발하는 대신에, 로봇(108)은, 그 자체로, 각각의 모터들(239R, 239V)을 구동시키는 서보 구동 출력 신호들에 하나 또는 그 초과의 주파수들의 진동 "노이즈"를 도입함으로써, 진동하도록 강제될(forced) 수 있다. 구체적으로, 로봇 제어기(118)(예컨대, 서보 제어기)의 구동 회로에서의 피드포워드 경로(feedforward path)를 통해, 커맨딩된(commanded) 구동 신호(예컨대, 커맨딩된 전류 신호)에 백색 노이즈(white noise)(예컨대, 모든 기진 주파수들을 포함하는 랜덤 신호)가 주입될 수 있다.
[0048] 도 4a에서 도시된 바와 같이, 데이터 수집 프로세스 동안에, 영구적인 센서(140) 및 일시적인 센서(141) 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터의 신호들은, 샘플링될 수 있고, 디지털 데이터 포맷으로의 신호 변환을 위해 I/O 모듈(121)에 송신될 수 있다. 그 후에, 변환된 디지털 데이터는 진동 제어기(119)에 송신될 수 있다. 진동 제어기(119)는, 일반적인 고 레벨 프로세싱을 수행할 수 있고, 센서들(140, 141)로부터의 데이터를 더 프로세싱할 수 있다. 진동 제어기(119)는 또한, 로봇 제어기(118)와 인터페이싱할 수 있고, 로봇 제어기(118)로부터 피드백을 수신할 수 있다. 진동 제어기(119)는, 필터(예컨대, 바이-쿼드 필터)를 위한 필터 계수들을 선택하고, 구현을 위해 로봇 제어기(118)에 계수들을 전송함으로써, 최적의 필터를 "설계"하도록 기능할 수 있다. 이는, 어떤 미리 결정된 업데이트 레이트로 수행될 수 있다.
[0049] 영구적인 센서(140) 및 일시적인 센서(141) 양자 모두로부터 데이터가 샘플링되는 실시예들에서, 진동 제어기(119)는, 영구적인 센서(140)로부터의 데이터를 일시적인 센서(141)로부터의 데이터와 상관시키는 모델의 전달 함수를 컴퓨팅하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 데이터는, 회전 모터들(239R), 수직 모터(239V), 또는 양자 모두로부터의 다양한 입력들에 대해, 그리고 또한, 예컨대 진동 매스(146) 또는 다른 인접한(close-by) 장비로부터의 외부 진동 입력들에 대해, 생성될 수 있다. 그 후에, 감지된 데이터는, 예컨대, 모터 입력들 또는 외부 진동으로 인한 진동 입력들이 모터 하우징(142)에서 감지될 수 있고, 기판(105) 및 엔드 이펙터(116)의 결과적인 진동을 예상하기 위해 사용될 수 있도록, 실제 기판 진동을 모델링하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 챔버(102) 외부의 센서만이 사용될 수 있지만, 진동이 정밀하게 예상될 수 있다.
[0050] 다시 도 5를 참조하면, 508에서, 진동 제어기(119)는, 수집된 데이터를 분석하기 위한, 그리고 몇몇 경우들에서는 데이터를 상관시키기 위한 로직을 포함할 수 있다. 분석은, 예컨대, 언제, 그리고 어떤 조건들 하에서, 총 진동이 바람직하지 않은 레벨(예컨대, 0.1g 초과의 측면방향 가속)에 도달할 수 있는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 분석은, 로봇(108)에 대한 어떤 입력들이, 그러한 바람직하지 않은 진동 레벨과 연관된 모션들을 야기하였는지를 결정할 수 있다.
[0051] 수집된 데이터 및 분석은, 예컨대, 임의의 적합한 저장 매체(예컨대, RAM, ROM, 또는 진동 제어기(119)의 다른 메모리)에 저장될 수 있다. 이러한 저장된 분석 및 데이터는, 기판 진동 모델(예컨대, 전달 함수)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 진동 모델은, 진동 생성 엘리먼트들(예를 들어, 내부 툴 스티뮬레이터들, 예컨대 회전 모터들(239R), 수직 모터들(239V), 펌프들, 슬릿 밸브들, 다른 로봇들, 외부 스티뮬레이션, 준-최적 서보 제어, 또는 이들의 조합들)이, 특정한 주파수 또는 주파수들에서 또는 크기들에서 동작하는 것을 방지함으로써, 장래의 동작들 동안에 진동을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
[0052] 부가적으로 또는 대안적으로, 로봇(108)의 실시간 동작 동안에, 영구적인 센서(140)는, 챔버(102) 외부에서 로봇(108)의 진동을 감지할 수 있고, 진동 제어기(119)는, 이러한 감지된 데이터를 저장된 데이터 및 분석과 비교할 수 있고, 그에 따라, 바람직하지 않은 진동을 야기하는 특정한 주파수 또는 주파수들에서의 동작을 피하기 위해, 진동 생성 엘리먼트들(예컨대, 모터들(239R, 239V)의 동작 파라미터들이 실시간으로 조정될 수 있고, 그에 의해, 로봇(108) 및 지지된 기판(105)의 진동을 감소시킬 수 있다. 진동 생성 엘리먼트들이 특정한 주파수에서 동작하는 것을 방지하기 위한 로봇(108)의 동작의 조정은, 수동적으로 또는 자동적으로 발생할 수 있다.
[0053] 데이터가 분석된 후에, 몇몇 실시예들에서, 도 4a에서 도시된 바와 같이, 예컨대, 진동의 진폭을 감소시키기 위해, 로봇 제어기(118)를 통해 로봇(108)에 필터(148) 또는 다른 상쇄 간섭(destructive interference)이 적용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 예컨대, 하나 또는 그 초과의 필터들(148)은 노치 필터일 수 있고, 특히, 바이-쿼드 노치 필터일 수 있다. 종래에 알려져 있는 바와 같이, 노치 필터는, 저지 대역에서의 주파수들을 제외하고 모든 주파수들을 통과시키는 필터이다. 필터(148)는 완전히 디지털적으로 구현될 수 있다. 저지 대역에서의 주파수들은, 송신되는 것이 방지된 주파수들이다. 노치 필터(148)는, 노치 필터(148)의 계수들을 세팅함으로써 조정될 수 있다. 예컨대, 저지 대역, 뿐만 아니라, 노치 필터(148)의 에지들의 첨예도(sharpness)(소위 필터의 "Q")가 세팅될 수 있다.
[0054] 노치 필터(148)는, 모터(239R) 및/또는 모터(239V) 또는 다른 진동-생성 엘리먼트들이, 기판(105)에서 증가된(heightened) 진동을 야기하는 특정한 주파수 또는 주파수들에서 동작하는 것을 방지함으로써, 기판(105)에서의 그리고 로봇(108)의 진동을 감소시키도록 기능할 수 있다. 예컨대, 필터(148)는, 모터들(239R, 239V)에 대한 구동 신호를 생성하도록 적응된 모터 구동 회로(예컨대, 서보 제어 시스템)에 커플링될 수 있거나, 또는 그 모터 구동 회로의 부분일 수 있다. 필터(148)는 순수하게 디지털일 수 있고, 따라서, 이산(discrete) 컴포넌트들이 존재하지 않을 수 있다. 진동 제어기(119)는, 로봇 제어기(118)의 서보 제어 루프 내에 제공되는 하나 또는 그 초과의(예컨대, 다수의) 필터들의 하나 또는 그 초과의 계수들을 세팅하도록 기능할 수 있다. 이들 계수들이 어떻게 세팅될지를 제어하는 것은, 하나 또는 그 초과의 필터들(148)이 어떻게 거동하게 될 것인지를 결정하고, 통과 주파수 및/또는 첨예도를 조정할 수 있다.
[0055] 도 4b에서 도시된 바와 같이, 제어 모델(400)이 도시된다. 센서(140)로부터의 센서 신호는, A/D 변환기(449)에 의해 디지털 신호로 변환되고, (점선으로 도시된) 진동 제어기(119)의 프로세서에 의해 프로세싱될 수 있다. 프로세서는, 블록(450)에서의 모델, 및 측정된 값(am)에 기초하여, 엔드 이펙터(116)에서의 진동의 추정치(aw)의 계산을 수행한다. 라인들(453A, 453B) 각각에서의 신호들의 피크 진폭 및 주파수(fw)를 결정하기 위해, 블록(452)에서, 푸리에 변환 및 피크 검출 루틴들이 수행될 수 있다. 이들 값들로부터, 바이-쿼드 노치 필터 설계 블록(454)에 의해, 하나 또는 그 초과의 필터들(148)을 위한 계수들이 결정될 수 있다. Q, f0, 및 fs와 같은 하나 또는 그 초과의 입력들을 갖는 아래에서 설명되는 프로세스에 의해, 다양한 필터 계수들이 선택될 수 있으며, 여기에서, Q는 얼마나 공격적으로(aggressively) 진동이 상쇄(cancel)될지를 결정하는 인자이고, f0는 진동 주파수이고, fs는 샘플링 주파수이다. 그러면, 일반적인 바이-쿼드 필터는 다음의 형태를 취할 수 있다.
Figure 112017029974700-pat00001
그리고,
Figure 112017029974700-pat00002
그리고,
Figure 112017029974700-pat00003
그러면, 계수들은 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112017029974700-pat00004
Figure 112017029974700-pat00005
Figure 112017029974700-pat00006
Figure 112017029974700-pat00007
Figure 112017029974700-pat00008
Figure 112017029974700-pat00009
[0056] 위에서 설명된 바와 같이 바이-쿼드 노치 필터 설계 블록(454)에 의해 세팅된 계수들을 갖는 하나 또는 그 초과의 필터들(148)은, 구동 신호(yd)가 구동 신호(y)로 모터들(239R, 239V)을 구동시키도록 변경되도록, 로봇 제어기(119)의 로봇 서보 제어(456)로부터의 구동 신호를 변경하기 위해 사용될 수 있다. 변경된 구동 신호(y)는, 510에서, 로봇(108)의 엔드 이펙터(116)에서의 진동 중 적어도 일부가 특정 주파수들에서 최소화되도록, 하나 또는 그 초과의 필터들(148)에 의해 적절하게 필터링된다.
[0057] 몇몇 실시예들에서, 다수의 주파수들이 엔드 이펙터(116)에서 원하지 않는 수직 진동을 생성하는 경우들에서, 다수의 주파수들이 필터링될 수 있도록, 동시에, 다수의 필터들이 병렬로 사용될 수 있다. 다수의 디스터번스(disturbance)들 또는 바람직하지 않은 진동들이 동시에 발생하는 경우에서, 로봇 제어기(118)는 프라이머리 도미넌트 효과(primary dominant effect)를 채용할 수 있고, 그에 의해, 우선, 더 바람직하지 않은 진동이 필터링되거나, 또는 발생하는 것이 방지된다.
[0058] 몇몇 실시예들에서, 데이터가 분석된 후에, 필터(148)가 적용되는 것에 부가하여, 또는 필터(148)가 적용되는 대신에, 진동을 최소화하기 위해, 로봇(108)의 동작이 추가로 조정될 수 있다. 예컨대, 위에서 논의된 바와 같이, z-축을 따르는 기판(105) 및 엔드 이펙터(116)의 진동은, x-축 및 y-축을 따르는 엔드 이펙터(116)의 모션에 교차-모드 커플링될(cross-mode coupled) 수 있고, x-축 및 y-축을 따르는 엔드 이펙터(116)의 모션으로 인한 것일 수 있다. 따라서, z-축을 따르는 엔드 이펙터(116)의 진동을 최소화하기 위해, x-축 및 y-축을 따르는, 엔드 이펙터(116)의 이동을 제어하는 회전 모터들(239R) 중 하나 또는 그 초과의 동작은, 모터들(239R)이 진동들을 생성하는 방식으로 동작하지 않도록, 조정될 수 있거나 또는 변경될 수 있다. 예컨대, 엔드 이펙터(116)의 수직 진동 모드들을 발생시키는 특정 바람직하지 않은 주파수들에서의 모션들이, 예컨대 필터들을 사용함으로써, 피해질 수 있거나 또는 최소화될 수 있다.
[0059] 본 발명의 실시예들이 다양한 변경들 및 대안적인 형태들을 허용하기는 하지만, 본 발명의 특정 실시예들 및 방법들이 도면들에서 예로써 도시되었고, 본원에서 상세히 설명된다. 그러나, 개시된 특정한 장치, 시스템들, 또는 방법들에 대해 본 발명을 제한하도록 의도되지 않으며, 반대로, 본 발명의 범위 내에 속하는 모든 변경들, 등가물들, 및 대안들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (19)

  1. 진동-제어되는 로봇 장치로서,
    구조에 커플링가능한 하우징(housing) 및 기판을 운송하도록 동작가능한 엔드 이펙터(end effector)를 갖는 로봇;
    상기 로봇의 하우징 또는 상기 하우징을 지지하는 구조에 커플링된 영구적인 센서 ― 상기 영구적인 센서는 상기 로봇이 상기 기판을 운송할 때, 진동을 감지하도록 동작가능함 ―; 및
    진동 제어기를 포함하며,
    상기 진동 제어기는,
    상기 영구적인 센서로부터의 입력을 상기 엔드 이펙터 또는 상기 기판에 커플링 된 일시적인 센서로부터의 입력과 연관시킴으로써 생성된 진동 모델 ― 상기 진동 모델은, 상기 일시적인 센서가 제거된 장래의 동작들 동안, 상기 영구적인 센서에 의해 감지된 진동에 기초하여 상기 기판에서의 진동을 추정하도록 적응됨 ―, 및
    상기 로봇의 구동 모터를 위한 구동 회로 ― 상기 구동 회로는 상기 영구적인 센서에 의해 측정된 데이터에 기초하여, 상기 구동 모터에 대한 필터를 통해 구동 신호들을 필터링함으로써 상기 로봇의 진동을 감소시키도록 동작가능함 ― 를 포함하는,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구적인 센서는 마이크로-전자기계 시스템(MEMS) 가속도계(accelerometer)인,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 MEMS 가속도계는 자석, 접착제(adhesive), 및 탑재 스터드(mounting stud) 중 적어도 하나를 통해 상기 로봇에 탑재되는,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 로봇으로의 특정(certain) 입력 주파수들을 필터링하도록 동작가능한 상기 필터를 포함하며,
    상기 필터는 상기 영구적인 센서로부터의 입력에 기초하는 계수들 세트를 포함하는,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 필터는, 미리-세팅된 주파수에서의 진동이 상기 기판에 전달되는 것을 방지함으로써, 진동을 감소시키도록 동작하는 바이-쿼드 노치(bi-quad notch) 필터를 포함하는,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    총 허용가능한(permissible) 진동은, 0.1 g의 가속 미만인,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 제어기는 상기 영구적인 센서로부터 진동을 나타내는 신호를 수신하도록 동작가능한,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 진동 제어기는, 감지된 진동을 상기 로봇의 특정한 모션(motion)들과 상관(correlate)시키기 위한 로직(logic)을 포함하는,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 로직은, 예측된 진동을 결정하기 위해, 상기 신호를 저장된 수집된 데이터 및 분석과 비교하는,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 로직은 상기 로봇의 엔드 이펙터의 가속이 바람직하지 않은지 여부를 결정하기 위해 상기 신호를 저장된 수집된 데이터 및 분석과 비교하는,
    진동-제어되는 로봇 장치.
  11. 로봇 진동 감소 방법으로서,
    로봇의 엔드 이펙터로 기판을 지지하는 단계;
    상기 로봇의 하우징 또는 상기 하우징을 지지하는 구조에 커플링된 영구적인 센서를 제공하는 단계;
    상기 엔드 이펙터 또는 기판에 커플링되는 일시적인 센서를 제공하는 단계;
    구동 모터에 의해 구동된 상기 로봇이 상기 기판을 운송할 때, 상기 일시적인 센서 및 상기 영구적인 센서로 진동을 검출하는 단계;
    임의의 모션 또는 시스템 입력에 대한 상기 기판의 진동을, 상기 일시적인 센서가 제거된 장래 동작들 동안 예측하도록 상기 영구적인 센서 및 상기 일시적인 센서에 의해 검출된 진동에 기초하여 진동 모델을 생성하는 단계;
    상기 일시적인 센서를 제거하는 단계;
    바람직하지 않은(undesirable) 양의 진동이 발생하는 하나 또는 그 초과의 조건(condition)들을 결정하는 단계; 및
    상기 영구적인 센서에 의해 측정된 하나 또는 그 초과의 조건들에서 상기 구동 모터에 대한 구동 신호들을 필터링함으로써, 상기 로봇의 상기 엔드 이펙터의 진동의 적어도 일부를 최소화하는 단계
    를 포함하는,
    로봇 진동 감소 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로봇의 진동의 적어도 일부를 최소화하는 단계는,
    상기 바람직하지 않은 양의 진동이 발생하는 하나 또는 그 초과의 주파수들을 차단(cut out)하기 위해, 모터 구동 회로에 필터를 적용(applying)하는 단계
    를 포함하는,
    로봇 진동 감소 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 필터는 바이-쿼드 노치 필터인,
    로봇 진동 감소 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 로봇의 진동의 적어도 일부를 최소화하는 단계는,
    상기 바람직하지 않은 양의 진동이 발생하는 주파수에서 상기 로봇이 동작하는 것을 방지하는 단계
    를 포함하는,
    로봇 진동 감소 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 바람직하지 않은 양의 진동이 발생하는 주파수를 결정하는 단계는,
    진동 매스(vibrating mass)로 외부 진동을 인공적으로(artificially) 유발시키는 단계
    를 포함하는,
    로봇 진동 감소 방법.
  16. 진동-제어되는 기판 운송 시스템으로서,
    챔버;
    상기 챔버에 수용된 로봇 ― 상기 로봇은, 하우징 및 기판을 운송하도록 동작가능한 엔드 이펙터를 가짐 ―;
    상기 로봇의 하우징 또는 상기 하우징을 지지하는 구조에 커플링된 영구적인 센서 ― 상기 영구적인 센서는 상기 로봇이 상기 기판을 지지할 때, 상기 로봇의 진동을 검출하도록 동작가능함 ― ; 및
    진동 제어기를 포함하며,
    상기 진동 제어기는,
    상기 영구적인 센서, 그리고 상기 엔드 이펙터 또는 상기 기판에 커플링된 일시적인 센서에 의해 검출된 진동에 기초하는 진동 모델 ― 상기 진동 모델은 임의의 모션 또는 시스템 입력에 대한 상기 엔드 이펙터의 상기 기판의 진동을, 상기 일시적인 센서가 제거된 장래의 동작들 동안 예측하도록 적응됨 ― , 및
    구동 모터를 위한 구동 회로 ― 상기 구동 회로는 상기 영구적인 센서에 의해 검출된 상기 진동에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 진동을 감소시키도록 동작가능한 필터를 가짐 ― 를 포함하는,
    진동-제어되는 기판 운송 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서는 마이크로-전자기계 시스템(MEMS) 가속도계인,
    진동-제어되는 기판 운송 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 필터는 바이-쿼드 노치 필터인,
    진동-제어되는 기판 운송 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 바이-쿼드 노치 필터는 미리-세팅된 주파수에서의 진동이 상기 엔드 이펙터에 전달되는 것을 방지함으로써, 상기 엔드 이펙터에서의 진동을 감소시키는,
    진동-제어되는 기판 운송 시스템.
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