KR20150136549A - 자성 스핀들 베어링들을 포함하는 로봇 드라이브 - Google Patents

Abstract

기판 이송 암용 드라이브 영역은 프레임, 상기 프레임 내에 탑재되며, 제 1 모터 영역 및 적어도 하나의 고정자 베어링 영역을 포함하는 적어도 하나의 고정자, 및 접촉 없이, 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역에 의해 실질적으로 자기 지지되는 동축 스핀들을 포함하고, 상기 동축 스핀들의 각 드라이브 샤프트는 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 제 2 모터 영역 및 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역과 연계되도록 구성된 적어도 하나의 회전자 베어링 영역을 포함하고, 상기 제 1 모터 영역은 소정의 축에 대한 상기 스핀들의 회전에 영향을 미치기 위해 상기 제 2 모터 영역과 연계되도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역은, 상기 적어도 하나의 회전자 베어링 영역과의 상호작용을 통해 상기 동축 스핀들과 연결된 기판 이송 암 단부 이펙터의 레벨링(leveling)에 적어도 영향을 미치도록 구성된다.

Description

자성 스핀들 베어링들을 포함하는 로봇 드라이브{Robot drive with magnetic spindle bearings}

본 출원은 2007년 6월 27일에 출원된 미국 임시 특허 출원 일련 번호 제 60/946,687 호에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다.

본 실시예들은 로봇 드라이브들과 관련된 것으로서, 더욱 구체적으로는 자성 베어링들을 포함하는 로봇 드라이브들에 관한 것이다.

예를 들어 진공 환경에서 사용되는 드라이브들과 같은 종래의 로봇 드라이브들은, 상기 로봇 드라이브들의 구동 샤프트들(drive shafts)을 지지하기 위해 상기 진공 또는 다른 제어된 환경에서 볼 또는 롤러 베어링들(bearings)을 활용한다. 금속 피로(fatigue) 및 베어링 불량을 방지하기 위해, 상기 구동 샤프트들을 지지하는 상기 베어링들은 다양한 윤활제들(lubricants)을 사용할 수 있다. 특히, 상기 진공 또는 제어된 환경에서 상기 로봇 드라이브 베어링들을 윤활하게 하기 위해, 저증기압 그리스들(low vapor pressure greases)을 조합한 것이 사용된다.

그러나, 로봇들 동작 환경에서 증기압 및 온도가 감소함에 따라 그리스의 윤활 특성들이 감소하기 때문에, 상기 로봇 드라이브 베어링들을 윤활하기 하기 위한 그리스의 사용이 제한된다. 또한, 예를 들어 탈기체(outgassing) 때문에, 진공 또는 다른 제어된 환경에서 상기 그리스는 잠재적인 오염원이다. 나아가, 종래 로봇 드라이브들에서 사용되는 그리스들은, 처리 환경의 오염 가능성과 함께 열화되거나 상기 베어링들로부터 제거될 수 있고, 포지션 피드백 인코더들(position feedback encoders) 상으로 이동한 상기 그리스의 잔유물(debris) 때문에, 모터 피드백 시스템들의 기능불량을 야기할 수 있다.

접촉 표면들의 그리스 또는 다른 윤활제들의 사용을 방지할 수 있다는 점에서, 비접촉 베어링 시스템을 사용하는 로봇 드라이브 시스템을 제공함이 바람직하다. 또한, 시스템의 동력을 제공하는 모터들의 수를 증가시킴이 없이, 향상된 이동성을 가지는 로봇 드라이브 시스템을 제공함이 바람직할 것이다.

기판 이송 암용 드라이브 영역은 프레임, 상기 프레임 내에 탑재되며, 제 1 모터 영역 및 적어도 하나의 고정자 베어링 영역을 포함하는 적어도 하나의 고정자, 및 접촉 없이, 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역에 의해 실질적으로 자기 지지되는 동축 스핀들을 포함하고, 상기 동축 스핀들의 각 드라이브 샤프트는 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 제 2 모터 영역 및 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역과 연계되도록 구성된 적어도 하나의 회전자 베어링 영역을 포함하고, 상기 제 1 모터 영역은 소정의 축에 대한 상기 스핀들의 회전에 영향을 미치기 위해 상기 제 2 모터 영역과 연계되도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역은, 상기 적어도 하나의 회전자 베어링 영역과의 상호작용을 통해 상기 동축 스핀들과 연결된 기판 이송 암 단부 이펙터의 레벨링(leveling)에 적어도 영향을 미치도록 구성된다.

비접촉 베어링 시스템을 사용하는 로봇 드라이브 시스템을 통해 접촉 표면들의 그리스 또는 다른 윤활제들의 사용을 방지할 수 있다.

또한, 시스템의 동력을 제공하는 모터들의 수를 증가시킴이 없이, 향상된 이동성을 가지는 로봇 드라이브 시스템을 제공할 수 있다.

첨부된 도면들과 관련하여, 개시된 실시예들의 전술한 관점들 및 다른 특징들이 본 명세서에서 설명된다.
도 1은 일 예시적인 실시예에 따른 특징들을 포함하는 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 예시적인 실시예의 특징들을 포함하는 예시적인 기판 이송을 나타낸다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역의 일부분을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 다른 예시적인 실시예들에 따른 기판 이송 드라이브의 일부분을 각각 개략적으로 도시한 것이다
도 6g는 예시적인 실시예에 따라 인가된 힘들의 차트를 도시한다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 드라이브 영역의 일부분을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7a는 도 7의 드라이브 영역에서 인가된 힘들을 개략적으로 도시한다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 이송 드라이브 영역의 일부분을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역의 일부분을 다르게 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역의 일부분의 개략적인 도시이다.
도 11a는 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역의 일부분의 다른 개략적인 도시이다.
도 11b는 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역의 일부분의 또 다른 개략적인 도시이다.
도 11c는 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역의 일부분의 다른 개략적인 도시이다.
도 11d 내지 도 11f는 예시적인 실시예에 따른 기판 이송 드라이브 영역의 일부분들을 개략적으로 도시한다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 드라이브 영역 피드백 시스템의 일부분의 개략적인 도시이다.
도 12a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 드라이브 영역 피드백 시스템의 일부분의 다른 개략적인 도시이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 드라이브 영역 피드백 시스템의 일부분을 개략적으로 도시한 것이다.
도 14는 도 13의 예시적인 드라이브 영역 피드백 시스템의 일부분을 개략적으로 도시한 것이다.
도 14a 및 도 14b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 드라이브 영역 피드백 시스템의 일부분을 개략적으로 도시한다.
도 15는 예시적인 실시예에 따라 다른 위치에서 나타난 도 11의 기판 이송 드라이브 영역을 개략적으로 도시한 것이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따라 또 다른 위치에서 나타난 도 11의 기판 이송 드라이브 영역을 개략적으로 도시한 것이다.
도 17은 예시적인 실시예에 따라 기판 이송을 개략적으로 도시한 것이다.

도 1은 예시적인 실시예들의 특징들을 포함하는 기판 처리 장치(100)의 사시도를 도시한다. 비록 본 명세서에 개시된 실시예들은 도면들에서 나타난 실시예들에 기초하여 설명될 것이나, 개시된 상기 실시예들은 다양한 대체 가능한 형태로 변형되어 구체화될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 부재들 및 물질들의 경우 다양한 크기, 형상 또는 종류가 사용될 수 있다.

예시적인 실시예들은, 예를 들어, 대기, 진공 또는 제어된 환경들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 환경 내에서 기판을 이송하거나, 기판들을 정렬하거나, 또는 임의의 다른 적절한 기능을 수행하는데 사용될 수 있는 로봇 드라이브의 진공 성능, 신뢰성, 및 명확성을 증가시킬 수 있다. 상기 예시적인 실시예들의 상기 로봇 드라이브들은 모터 스핀들을 자기적으로 지지하고, 상기 스핀들을 조종하도록 구성된 와인딩들(windings)을 포함할 수 있으며, 따라서 상기 스핀들은, 예를 들어 수직 평면에 대하여 기울어짐과 동시에, 예를 들어 수평 평면으로 옮겨질 수 있다. 상기 수평 및 수직 평면들에 대한 참조는 순전히 편의를 위한 것이며, 후술할 바와 같이, 임의의 적합한 좌표 시스템을 따라 상기 스핀들이 이동되고 기울어질 수 있음에 유의한다. 비록 하기 구체적으로 설명된 예시적인 실시예들이 특히 관절식 암들 및 회전형(rotary) 드라이브들을 포함하는 이송 또는 포지셔닝 장치들을 참조하지만, 상기 예시적인 실시예들의 특징들은, 임의의 다른 적절한 이송 또는 포지셔닝 시스템, 및 회전형 또는 선형 드라이브들을 포함하는 임의의 다른 적절한 기계들 및 기판 정렬기들(substrate aligners)과 같은 기판을 회전시키는 임의의 다른 장치를 포함하며 이들에 제한되지 않는 다른 기기에도 동등하게 적용될 수 있다.

도 1에 나타난 기판 처리 장치(100)는 예시적인 실시예들의 특징들을 포함하는 대표적인 기판 처리 장치이다. 이 실시예에서 상기 처리 장치(100)는 일반적인 배치 처리 장치 구성을 가지는 것으로 나타난다. 다른 실시예들에서 상기 장치는 임의의 바람직한 배치를 가질 수 있으며, 예를 들어, 예를 들어 기판들의 단일 처리 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 기판 장치는 소터(sorter), 스토커(stocker), 계량형(metrology) 장치 등과 같은 임의의 바람직한 종류일 수 있다. 상기 장치(100)에서 처리된 기판들(215)은 임의의 적절한 기판일 수 있으며, 상기 임의의 적절한 기판은 액정 디스플레이(liquid crystal display) 패널들(panels), 200 mm, 300 mm, 450 mm 웨이퍼들과 같은 반도체 웨이퍼들 또는 임의의 다른 바람직한 지름을 가지는 기판, 기판 처리 장치(100)에 의해 처리되기에 적합한 임의의 다른 종류의 기판, 블랭크 기판(black substrate), 또는 특정 차수들(dimensions) 또는 특유 질량(particular mass)과 같은 기판과 유사한 특성들을 가지는 물건(article)을 포함하며 이들에 제한되지 않는다.

이 실시예에서, 일반적으로, 기판(100)은 예를 들어 소-환경(mini-environment)을 형성하는 전방 영역(front section, 105) 및 인접하는 분위기 고립 영역(110)을 포함할 수 있고, 이는 예를 들어 진공 챔버와 같은 기능을 구비할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 분위기 고립 영역은 비활성 가스(예를 들어 질소(N₂)) 또는 다른 고립된 및/또는 제어된 분위기를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 일반적으로, 전방 영역(105)은 예를 들어 하나 이상의 기판 고정 카세트들(substrate holding cassettes, 115) 및 전단 로봇(front end robot, 120)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전방 영역(105)은 예를 들어, 정렬기(aligner, 162) 또는 그 내에 위치된 버퍼와 같은, 다른 스테이션들 또는 영역들을 포함할 수 있다. 영역(110)은 하나 이상의 처리 모듈들(125) 및 진공 로봇 암(130)을 포함할 수 있다. 상기 처리 모듈들(125)은 물질 증착, 식각, 베이킹(baking), 연마, 이온 주입, 클리닝 등과 같은 임의의 종류일 수 있다. 로봇 기준 프레임과 같은 바람직한 기준 프레임에 따른, 실현될 수 있는 각 모듈의 위치가 컨트롤러(170) 함께 등록될 수 있다. 또한, 예를 들어 상기 기판 상의 기점(미도시)을 사용하여 결정된 바람직한 방위(orientation)에서, 하나 이상의 모듈들은 상기 기판(들)(215)을 처리할 수 있다. 또한, 처리 모듈들에서의 기판(들)에 대한 바람직한 방위는 상기 컨트롤러(170) 내에 등록될 수 있다. 또한, 진공 영역(110)은 로드 락들(load locks)로 지칭되는 하나 이상의 중간 챔버들을 포함할 수 있다. 도 1에 나타난 실시예는 로드 락 A(135) 및 로드 락 B(140), 즉 두 개의 로드 락들을 가진다. 로드 락들 A 및 B는, 진공 영역(110)에 나타날 수 있는 임의의 진공 무결성을 위반함이 없이, 기판이 전방 영역(105)과 진공 영역(110) 사이를 통과하는 것을 허용하는 인터페이스들(interfaces)로서 동작한다. 일반적으로 기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 동작을 제어하는 컨트롤러(170)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 컨트롤러는 2005년 7월 11일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 11/178,615 호에 설명된 바와 같은 다발성 제어 구조(clustered control architecture)의 일부일 수 있으며, 상기 출원의 개시사항은 전체로서 본원에 참조 병합된다. 이 실시예에서, 컨트롤러(170)는 프로세서(173) 및 메모리(178)를 포함한다. 상술한 정보 이외에, 메모리(178)는 처리도중의(on-the-fly) 기판 편심성(eccentricity) 및 정렬불량(misalignment) 감지 및 수정을 위한 기술들을 포함하는 프로그램들을 포함할 수 있다. 메모리(178)는, 처리 모듈 및 상기 장치의 영역들(105, 110)의 다른 부분들 또는 스테이션들의 온도 및/또는 압력과 같은 처리 파라미터들, 처리되는 기판(들)(215)의 온도 정보 및 상기 기판들에 대한 계량 정보, 및 처리도중 기판 편심성을 결정하기 위해 장치 및 기판들의 이러한 추산(ephemeris) 데이터를 적용하기 위한 알고리즘들과 같은 프로그램을 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에서, ATM (atmospheric) 로봇으로도 지칭되는 전단 로봇(120)은 드라이브 영역(150) 및 하나 이상의 암들(155)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 암(155)은 드라이브 영역(150) 상으로 탑재될 수 있다. 적어도 하나의 암(155)은, 하나 이상의 기판(들)(215)을 고정하기 위한 하나 이상의 단부 이펙터(들)(end effector(s), 165)과 교대로 연결된 손목(wrist, 160)과 연결될 수 있다. 단부 이펙터(들)(165)은 회전 가능하도록 손목(160)과 연결될 수 있다. ATM 로봇(120)은 기판들을 전방 영역(105) 내의 임의의 영역으로 이송시키기에 적합할 수 있다. 예를 들어, ATM 로봇(120)은 기판 고정 카세트들(115)과 로드 락 A(135), 및 로드 락 B(140) 사이의 기판들을 이송할 수 있다. 또한, ATM 로봇(120)은 정렬기(162)로부터 기판들(215)을 이송할 수 있고, 정렬기(162)로 기판들(215)을 이송할 수 있다. 드라이브 영역(150)은 컨트롤러(170)로부터 명령들, 및, 응답으로, ATM 로봇(120)의 직접적인, 방사형의, 원주의, 및 상승하는 움직임들, 이들이 혼합된 움직임들, 및 다른 움직임들을 수신할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 진공 로봇 암(130)은 영역(110)의 중심 챔버(175) 내에 탑재될 수 있다(도 1 참조). 컨트롤러(170)는 오프닝들(180, 185)을 순환시키도록 동작하고, 처리 모듈들(125)과 로드 락 A(135), 및 로드 락 B(140) 사이의 기판들을 이송하기 위한 진공 로봇 암(130)의 동작을 조정할 수 있다. 진공 로봇 암(130)은 드라이브 영역(190) 및 하나 이상의 단부 이펙터들(195)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, ATM 로봇(120) 및 진공 로봇 암(130)은, SCARA(selectively compliant arm for robotic assembly)-타입 로봇, 관절형 암 로봇, 개구리 다리형(frog leg type) 로봇, 또는 양대칭(bi-symmetric) 이송 장치를 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 종류의 이송 장치일 수 있다.

비록 여기의 예시적인 실시예들은, 예를 들어 도 2의 로봇(800)과 같은 진공 로봇에 관하여 설명될 것이지만, 분위기 환경들, 제어된 분위기 환경들, 및/또는 진공 환경들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 환경 내에서 동작하는 임의의 적절한 이송 또는 다른 처리 기기(예를 들어, 정렬기 등)로도 상기 예시적인 실시예들이 구현될 수 있음에 유의하여야 한다. 또한, 상기 예시적인 실시예들의 측면들을 포함하는 상기 이송들(transports)은, 로봇 암(130)의 "개구리 다리" 구성, 로봇(120)의 SCARA 암 구성, 관절형 암 로봇 또는 양대칭 이송 장치를 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있음에 유의하여야 한다.

예시적인 로봇 이송(800)이 도 2에 나타난다. 상기 이송은, 상부 암(810), 전방 암(forearm, 820), 및 적어도 하나의 단부 이펙터(830)를 포함하는 적어도 하나의 암을 포함할 수 있다. 상기 단부 이펙터(830)는 회전 가능하도록 상기 전방 암(820)과 연결되고, 상기 전방 암(820)은 회전 가능하도록 상기 상부 암(810)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 암(810)은 회전 가능하도록 상기 이송 장치의 드라이브 영역(840)과 연결될 수 있다. 단지 예시적인 목적으로, 상기 드라이브 영역(840)은 동축의(coxial) 드라이브 샤프트 또는 스핀들을 포함할 수 있다(도 3 참조). 이 예에서, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 동축의 샤프트 또는 스핀들은 두 개의 드라이브 샤프트들(211, 212)을 포함하는 것으로 나타나지만, 다른 실시예들에서 상기 스핀들은 두 개 이상 혹은 이하의 드라이브 샤프트들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 예를 들어 상기 드라이브 샤프트들은 비-동축이거나 또는 나란히 배치되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 드라이브 샤프트들은 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있다. 이 예에서, 상기 동축 드라이브 샤프트의 외측 샤프트(211)는 상부 암(810)과 적절하게 연결되고, 내측 샤프트(212)는 상기 전방 암(820)과 적절하게 연결될 수 있다. 이 실시예에서 상기 단부 이펙터(830)는 "종속된(slaved)" 구성으로 동작할 수 있지만, 다른 실시예들에서, 상기 단부 이펙터(830)를 동작시키기 위해, 추가적인 드라이브 샤프트가 드라이브 유닛(drive unit) 내에 포함될 수 있다. 상기 드라이브 영역(840)은 두 개의 모터들(208, 209)을 포함할 수 있고, 한 개의 모터는 상기 외측 샤프트를 구동하기 위한 것이고, 다른 모터는 상기 내측 샤프트를 구동하기 위한 것이다. 상기 두 개의 모터들(208, 209)은 상기 암(800)의 이동을 허용할 수 있고, 따라서 상기 암은 적어도 두 개의 자유도(즉, Z-축에 대한 회전 및 예를 들어 X-Y 평면 내 연장)를 가진다.

동작에서, 상기 암(800)은 모터 와인딩들을 충전함으로써 상기 Z-축에 대해 회전될 수 있고, 따라서 회전 토크(torque) Rz가 상기 동축 스핀들의 내측 및 외측 샤프트들(211, 212) 모두에 동일한 방향으로(즉, 양 샤프트들이 동일한 방향으로 회전하도록) 인가된다. 예를 들어, 상기 내측 및 외측 샤프트들(212, 211)에 회전 토크 Rz를 인가함으로써, 상기 암은 연장되거나 축소될 수 있고, 따라서 상기 내측 및 외측 샤프트들(212, 211)은 서로 반대되는 방향들로 회전한다. 후술할 바와 같이, 상기 내측 및 외측 샤프트들의 회전 Tl의 중심을 제어함으로써, 상기 암의 위치가 미세 튜닝(fine tuning)될 수 있다. 후술할 바와 같이, 예시적인 실시예에 따라, 상기 동축 스핀들 및 상기 암(800)의 상기 내측 및 외측 샤프트들(212, 211)은 자성 베어링들/모터들에 의해 지지될 수 있다.

예시적인 실시예들에 따라, 예를 들어, 로봇 이송(800)의 드라이브 영역(840) 내 위치된 자성 베어링들은, 후술할 바와 같이, 예를 들어 상기 로봇의 암 연결들을 구동하기 위한 상기 드라이브 영역의 하나 이상의 드라이브 샤프트(들)에 인가된 축형(axial) 및 방사형의 모멘트 부하들(moment loads)을 지지한다. 상기 드라이브 샤프트들을 지지하는 하나 이상의 상기 자성 베어링들은 능동(active)일 수 있고, 예를 들어, 상기 자성 베어링들은, 상기 드라이브 샤프트들(및 따라서 상기 이송 단부 이펙터)의 제어된 움직임을 허용할 수 있는 방사형 및 축형 갭(gap) 제어와 함께 구성될 수 있으며, 따라서 상기 이송(transport)은 상기 두 개의 모터들로부터 2 이상의 자유도를 가진다. 예를 들어, 단지 예시적인 목적으로, 상기 드라이브 영역은 6 또는 7의 자유도를 제공할 수 있고, 아래에서 더욱 구체적으로 설명될 바와 같이, 예를 들어 X, Y, Z 및 Rx, Ry, Rz1, Rz2 방향들일 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 드라이브 영역은 7 또는 8 이상 또는 이하의 자유도를 제공할 수 있다. 아래에서 더욱 구체적으로 설명될 바와 같이, 예를 들어, 이들 다수의 자유도는, 상기 로봇 드라이브에 부착된 상기 암 및 단부 이펙터들의 (기판 중심에 대한) 위치/방위의 능동 레벨링(active leveling) 및 미세 튜닝을 허용할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 도 3을 참조하면, 이송(transport)의 드라이브 영역(840)은 (제 1 모터(208)를 형성하는) 제 1 모터 고정자(motor stator, 208S) 및 회전자(208R), (제 2 모터(209)를 형성하는) 제 2 모터 고정자(209S) 및 회전자(209R), 및 두 개의 동축 샤프트들(211, 212)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 동축 사프트가 2개 이상 또는 이하의 드라이브 샤프트들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 이 예에서, 고정자들의 중심은 도 3에 나타난 선 CL을 따라 위치할 수 있다. 비록 상기 드라이브 영역(840)이 두 개의 고정자들(208S, 209S)을 포함하는 것으로 나타나 있지만, 상기 드라이브 영역이 두 개 보다 많거나 또는 더 적은 샤프트들을 구동하기 위한 임의의 적절한 수의 고정자들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어, 외측 분위기로부터 챔버 분위기를 분리하는 처리 챔버(processing chamber)의 하우징(housing)의 경계일 수 있는 임의의 적절한 경계에 의해, 상기 고정자들(208S, 209S)은 상기 회전 어셈블리 또는 스핀들(즉, 샤프트들, 회전자들, 및 상기 샤프트들에 부착된 다른 모터 구성요소들)로부터 고립될 수 있다. 예를 들어, 상기 경계(210)는 상기 고정자들(208S, 209S)이 분위기 환경에서 동작하는 동안, 상기 회전자들(208R, 209R)이 진공에서 동작하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 진공 환경 내에서 사용되는 임의의 적절한 물질 및 플럭스 단락 회로(flux short circuit)를 야기하거나, 에디 전류들(eddy currents)에 영향을 받기 쉬워서, 자성 상호작용에 의해 가열됨이 없는 자기장들 내 개재될 수 있는 물질로, 상기 경계가 구성될 수 있다. 또한, 상기 드라이브 영역 내 온도들을 최소화하기 위해, 상기 경계는 적절한 (예를 들어, 수동의 또는 능동의) 열 전달 장치들과 연결될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 제 1 모터 회전자(208R)는 상기 외측 드라이브 샤프트(211)와 연결될 수 있는 반면에, 상기 제 2 모터 회전자(209R)는 상기 내측 드라이브 샤프트(212)와 연결될 수 있다. 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 외측 및 내측 드라이브 샤프트들(211, 212)은 동심 또는 동축의 드라이브 샤프트들이지만, 다른 실시예들에서 상기 드라이브 샤프트들은, 나란한(side-by-side) 또는 다른 비동심 구성들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다.

예시적인 일 실시예에 따라, 상기 고정자들(208S, 209S) 및 이들 각각의 회전자들(208R, 209R)은 그들 각각의 샤프트들(211, 212)을 (예를 들어, 나타난 실시예에서 방사형으로 및 Z-방향으로) 자기적으로 지지하도록 구성된 셀프-베어링(self-bearing) 모터들/자성 스핀들 베어링들을 형성할 수 있고, 그들 각각의 샤프트들(211, 212)의 회전의 중심을 적어도 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 모터들(208, 209)은 영구 자석들 및 철 지지부들(backings)을 포함하는 철-코어(iron-core) 고정자들 및 회전자들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 고정자들은 상기 회전자들과 상호작용하기 위한 임의의 적절한 강자성(ferromagnetic) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고정자들(208S, 209S)과 상기 회전자들(208R, 209R) 사이의 수동 자력들(passive magnetic forces 때문에, 예를 들어, 상기 Z-방향을 따른 상기 회전자들(208R, 209R)과 상기 고정자들(208S, 209S) 사이의 상대적인 위치는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 고정자들(208S, 209S)와 상기 회전자들(208R, 209R) 사이의 상기 수동 자력은 상기 회전자들(208R, 209R)의 상기 X-축 및 Y-축에 대한 Rx 및 Ry 방위들을 안정화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 모터 와인딩들은, 토크 (샤프트(211)에 대한) Rz1 및 (샤프트(212)에 대한) Rz2를 인가하고, X 및/또는 Y 방향들 내 상기 회전자의 회전의 중심을 제어하기 위해, 방사형의 및/또는 접선의(tangential) 힘들을 인가하도록 구성될 수 있다. 후술할 바와 같이, 상기 두 회전자들(208E, 209R)의 X 및/또는 Y 위치들을 오프셋(offset) 시킴으로써, 상기 스핀들이 기울어질 수 있다.

이제 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 예를 들어, 이송 로봇(800)의 드라이브 영역(840)에 사용될 수 있는 다른 예시적인 동축 드라이브가 예시적인 실시예에 따라 나타난다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 동축 드라이브(1400)의 모터들(1410, 1420)은, 도 3에 나타난 축형 보다는, 각각에 대하여 방사형으로 위치된다. 예를 들어, 제 1 모터(1410)은 제 2 모터(1420)의 외측으로 방사형으로 위치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 모터들(1410, 1420)은 축형 구조(즉, 일방이 타방의 위인 것)로 배치되거나, 다른 적절한 배치일 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 모터들(1410, 1420) 각각은, 도 3에 따라 상술한 회전자들 및 고정자들과 실질적으로 유사한 고정자들(1410S, 1420S) 및 회전자들(1410R, 1420R)을 포함할 수 있다. 그러나, 이 예시적인 실시예에서, 예를 들어 하우징(1460)에 의해 형성된 통로들(passageways, 1451, 1450) 내에 상기 회전자들(1410R, 1420R)이 각각 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 통로들(1451, 1450)의 오프닝들을 통해 임의의 적절한 방법으로, 샤프트들, 도르래들(pulleys), 및 로봇 암 영역들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 각각의 회전형 부재들은 각각의 회전자들과 부착되거나 연결될 수 있다. 예를 들어, 수동 자력들 때문에, 도 3에 따라 상술한 것과 실질적으로 유사한 방법으로, 예를 들어 상기 회전자들(1410R, 1420R)과 상기 고정자들(1410S, 1420S) 사이의 Z-방향을 따른 상대적인 위치가 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 능동 자력들이 상기 고정자들 및 회전자들의 상대적인 위치를 제공할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 상기 회전자들의 X-Y 평면 위치를 제어하기 위해, 상기 모터 와인딩들은 토크 (회전자(1410R)에 대한) Rz1', (회전자(1420R)에 대한) Rz2' 및 방사형 및/또는 접선의 힘들을 인가하도록 구성될 수 있다. 또한, 다른 실시예들에서, 기울어짐 및 상기 회전자들을 제어하도록 상기 모터가 배치될 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, 예를 들어, 이송 로봇(800)의 드라이브 영역(840)에 사용될 수 있는 셀프 베어링 모터(1300)의 개략도가 나타나며, 회전자(1310R)를 제어하기 위한 예시적인 자력들을 도시한다. 단지 예시적인 목적으로 단일 회전자/고정자가 도 5에 나타나고, 상기 모터(1300)가 도 3 및 도 4에 따른 상술한 구성 및 나란한 구성을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 구성을 가지는, 임의의 적절한 수의 회전자/고정자를 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 도 5의 예시적인 실시예에서, 고정자(1310S)는 상술한 고정자들(208S, 209S)과 실질적으로 유사할 수 있다. 또한, 상기 회전자(1310R)는, 예를 들어 강자성 물질로 구성된 상술한 회전자들(208R, 209R)과 실질적으로 유사할 수 있고, 영구 자석들(1310M) 및 철 지지부들(1310B)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 회전자들은 임의의 적절한 물질로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 영구 자석들은 상기 고정자와 상호작용하기 위한 임의의 적절한 강자성 물질로 대체될 수 있다. 상기 회전자 자석(1310M)은 상기 회전자의 주변 주위에 탑재된 교번 극성들(alternating polarities)을 가지는 자석들의 배열을 포함할 수 있다. 상기 회전자의 주변은 상기 회전자의 내부 주변 벽 또는 외부 주변 벽일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 자석(1310M)은 상기 회전자 내에 매립될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 자석들(1310M)은 임의의 적절한 위치 상에 또는 상기 회전자 내에 위치될 수 있다. 아래에서 더욱 구체적으로 설명될 바와 같이, 상기 고정자(1310S)는, 충전될 경우 상기 회전자(1310R)를 회전형, 방사형 및/또는 축형으로 구동시키는 와인딩들 세트들을 포함한다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 고정자(1310S)는 상기 회전자(1310R)와 상호작용하기에 적절한 강자성 물질로 구성될 수 있으나, 다른 실시예에서, 상기 고정자(1310S)는 임의의 적절한 물질로 구성될 수 있다. 상기 고정자(1310S)와 상기 회전자 자석(1310M) 사이의 상호작용은 수동적으로 상기 회전자(1310R)를 들어올리는, 화살표(130) 방향으로의 수동적인 힘들(passive forces)을 생산할 수 있다. 부상력(levitation force)은 곡선의 자속 선들(1320, 1321)의 결과일 수 있고, 예를 들어 고정자(1365)의 가장자리에 대한 회전자 자석(1310M)의 가장자리의 오프셋(offset)에 의해, 이들 자속 선들이 교대로 생성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 부상력들은 임의의 적절한 방법으로 생성될 수 있다. 상기 수동적인 부상력들은 상기 회전자(1310R)의 축형 방향 또는 기울어진 방향을 따른 안정적인 평형 조건을 생성할 수 있다. 예를 들어, 화살표들(1355, 1356)의 방향들의 자속 선들(1330)의 결과로서, 방사력 또는 인력(attractive force)들이 생성될 수 있다. 이러한 인력들은 불안정안 조건들을 생성할 수 있고, 따라서 상기 회전자(1310R)가 바람직한 위치에서의 회전자의 축 또는 회전자의 기하학적 중심을 유지하기 위해, 능동적으로 상기 회전자(1310R)를 방사형으로 위치시키고 및/또는 중심에 오도록 와인딩들이 충전될 수 있다.

이제 도 6a 내지 도 6g를 참조하면, 모터(208)의 예시적이고도 개략적인 도시가 다른 실시예들에 따른 세 가지 다른 구성들로 나타난다. 모터(209)가 모터(208)와 실질적으로 유사할 수 있음에 유의하여야 한다. 상기 회전자(208R)의 회전(C)의 중심을 능동적으로 제어하기 위한 방사형 위치 힘들(radial positioning forces)을 제공하고, 토크를 인가하며, 상기 회전자(208R)를 회전시키기 위해, 상기 고정자(208S)는 (예를 들어, 접선의, 방사형의, 또는 이들의 조합) 힘들을 제공하는 와인딩들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 모터(208)는 와인딩 조각들(winding segments) 내에 배치될 수 있으며, 예를 들어, 독립적으로 제어 가능한 토크 및 베어링 힘들(bearing forces)을 동시에 생성하는 컨트롤러(170)에 의해, 각각의 조각은 임의의 적절한 수의 전기적인 위상들과 함께 구동될 수 있다. 단지 예시적인 목적으로, 각각의 와인딩 세트는 3상 브러시리스 DC 모터(brushless direct current motor)의 조각일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 와인딩 조각들은 임의의 적절한 AC(alternating current) 또는 DC 전력 모터의 부분일 수 있다. 2007년 6월 27일에 출원된 "REDUCED-COMPLEXITY SELF-BEARING BRUSHLESS DC MOTOR"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 제 11/769,651 호에 그러한 모터 구성의 일 예가 설명되어 있으며, 상기 개시 사항의 전체 내용은 참조로서 본 출원에 포함된다.

도 6a에 나타난 예시적인 실시예에서, 고정자(208S)는 두 쌍의 와인딩 세트들(208SA, 208SB)을 포함할 수 있으며, 상기 와인딩 세트들은 상기 와인딩 세트들 사이의 임의의 바람직한 기계적 각도를 형성하도록 위치될 수 있고, 각각의 샤프트 회전자(208R)와 함께 셀프 베어링 모터를 형성하기 위해, 상기 와인딩 세트들은 상기 와인딩 세트들 사이의 적절하게 대응되는 전기적 각도 이동을 가질 수 있다. 단지 예시적인 목적으로, 나타난 예시에서, 상기 회전자(208R)는 영구 자석 배열을 포함할 수 있지만, 다른 실시예들에서, 상기 회전자(208R)는 영구 자석들을 포함하지 않을 수 있고, 예를 들어, 강자성 물질로부터 형성되거나, 또는 상기 영구 자석들 대신 상기 회전자(208R)와 부착된 강자성 물질을 포함할 수 있다. 도 6a에 나타난 바와 같이, 상기 와인딩 세트들(208SA, 208SB)은 서로가 약 180도 떨어지도록 위치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 기계적 각도는 임의의 적절한 각도일 수 있고, 단지 예시적인 목적으로, 약 180도가 되도록 도 6a에 나타난다. 또한, 예시적인 실시예에서, 상기 회전자(들) (208R)이 부착되는 곳에 상기 스핀들을 위치시키고 및/또는 회전시키기 위한 상기 방사형 또는 접선의 힘들을 생성하도록, 와인딩 세트들 사이의 전기적인 각도가 형성될 수 있다. 상기 와인딩들(208SA, 208SB) 및 상기 회전자(208R)는 방사형 및/또는 접선의 힘들을 생성하도록 충전되고 구성될 수 있으며, 따라서, 예를 들어 선형 경로 또는 임의의 다른 바람직한 경로를 따라, 상기 회전자(208R)의 회전(C)의 중심이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 와인딩들(208SA, 208SB)에 의해 생성된 Y-방향에의 방사형 힘들(RF)의 크기를 변화시킴으로써, 예를 들어 상기 회전자(208R)가 Y-방향을 따라 이동될 수 있다. 마찬가지로, 아래에서 더욱 구체적으로 설명될 바와 같이, 예를 들어 상기 와인딩들(208SA, 208SB) 각각에 의해 생성된 접선의 힘들(TF)을 변화시킴으로써, 상기 회전자(208R)가 예를 들어 X-방향으로 옮겨질 수 있다. 상기 회전자의 회전(C)의 중심의 이동 방향들 및 힘들(RF, TF)의 방향이 단지 예시적인 목적으로 여기에 설명되고, X-Y 평면 내 상기 회전자의 이동 방향 및 힘들(TF, RF)의 방향은 임의의 적절한 방향들일 수 있음에 유의한다. 상기 방사형 및 접선의 힘들이 서로 분리될 수 있으며, 따라서 상기 회전자(208R)의 위치 및/또는 회전을 위해 상기 힘들이 동시에 생성될 수 있음에 유의하여야 한다. 또한, 상기 와인딩들(208SA, 208SB)에 의해 생성된 결과로서의 힘들이 상기 회전자(208R)가 예를 들어 상기 X-Y 평면 내 중심에 위치하도록 유지시킬 수 있음에 유의하여야 한다. 다른 실시예들에서, 상기 방사형 및/또는 접선의 힘들이 상기 회전자를 상기 X-Y 평면 내 임의의 적절한 방향으로 이동시키도록, 여기에 설명된 상기 모터들이 임의의 적절한 방법으로 정류될 수 있다.

이제 도 6b를 참조하면, 예를 들어, 각각의 와인딩 세트가 두 와인딩 집합들(1525, 1530 및 1535, 1540 각각)로 배치된 두 개의 와인딩 세트들(1515, 1520)을 사용한 다른 예시적인 실시예가 나타난다. 상기 와인딩 세트들(1515, 1520)을 구동하기에 적합한 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합을 포함할 수 있는 전류 증폭기(1550)에 의해, 상기 와인딩 세트들(1515, 1520)이 구동될 수 있다. 또한, 상기 전류 증폭기(1550)는 상기 와인딩 세트들을 구동하기 위한 프로세서, 변환(commutation) 기능, 및 전류 루프(current loop) 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 전류 증폭기(1550)는 컨트롤러(170)와 같은 임의의 적절한 컨트롤러 내에 포함될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 전류 증폭기(1550)는 임의의 적절한 위치 내에 위치될 수 있다. 상기 변환 기능은, 특정 기능들의 집합에 따라 각 와인딩 세트(1515, 1520)의 하나 이상의 와인딩들(1525, 1530, 및 1535, 1540)에 대한 전류를 결정할 수 있고, 반면에 상기 전류 루프 기능은, 상기 와인딩들을 통하는 전류를 결정된 바대로 유지하기 위한 피드백 및 구동 능력을 제공할 수 있다. 또한, 상기 프로세서, 변환 기능, 및 전류 루프 기능은, 위치 정보를 제공하는 하나 이상의 센서들 또는 센서 시스템들로부터 피드백을 수신하는 회로를 포함할 수 있다.

도 6b의 각각의 와인딩 세트(1515, 1520) 내 상기 두 개의 와인딩 집합들(1525, 1530 및 1535, 1540) 각각은 전기적으로 연결되고 서로에 대해 약 90도 전기적 각도로 이동된다. 결국, 상기 쌍에서의 두 개의 와인딩 세트들 중 어느 하나가 접선의 힘을 생성할 경우, 다른 쌍에서의 다른 와인딩 세트는 순수 방사형 힘을 생성하고, 그 역의 경우도 마찬가지이다. 이 실시예에서, 와인딩 세트(1515)는 두 영역들(1530, 1525)을 포함하고, 와인딩 세트(1520)은 두 영역들(1540, 1535)을 포함한다. 예를 들어, 로렌트 힘들을 사용한 도 6b의 실시예에 따른 조각화된 와인딩 세트들(1515, 1520)에 대한 바람직한 토크(T) 및 X-축 및 Y-축에 따른 중심 힘들(Fx, Fy)의 예시적인 관계들이, "REDUCED-COMPLEXITY SELF-BEARING BRUSHLESS DC MOTOR"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 제 11/769,651 호에 설명되어 있으며, 상기 개시 사항의 전체 내용은 참조로서 본 출원에 포함된다. 비록 와인딩 집합들(1525, 1530, 1535, 1540)이 약 90도만큼 오프셋 되도록 나타났지만, 약 90도 이상 또는 이하의 다른 오프셋들 또한 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.

도 6c에 나타난 예시적인 실시예에서, 상기 고정자는 상기 회전자(208R)의 세 영역들 상으로 연장되는 세 개의 와인딩 세트들(208SC, 208SD, 208SE)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 단시 예시적인 목적으로, 상기 와인딩 세트들은 서로로부터 약 120도 떨어져 위치할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 세 개의 와인딩 세트들은 임의의 적절한 기계적 각도 관계를 가질 수 있고, 상기 와인딩 세트들(208SC, 208SD, 208SE)에 의해 형성된 결과 힘들을 통해 상기 회전자(208R) (및 샤프트(211))를 안정적으로 지지하기 위해, 상기 기계적 각도 관계는 약 120도 이상 또는 이하일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 각각의 샤프트 회전자(208R)와 함께 셀프 베어링 모터를 형성하기 위해, 상기 와인딩 세트들(208SC, 208SD, 208SE)은 상기 와인딩 세트들 사이의 적절하게 대응되는 전기적 각도 이동을 가질 수 있다. 나타난 예에서, 상기 회전자(208R)는 도 6a에 따라 설명된 것과 실질적으로 유사할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 와인딩들(208SC, 208SD, 208SE)이 방사형의, 접선의, 및/또는 축형의 힘들을 생성하도록 충전되고 구성될 수 있으며, 따라서 상기 회전자(208R)의 회전(C)의 중심이 예를 들어 X-Y 평면 내 임의의 점으로 이동될 수 있고, 상술한 단일 축을 따른 선형 이동에 제한되는 것은 아님이 이해되어야 한다. 상기 회전자(208S)의 회전(C)의 중심의 이동이 상기 와인딩들(208SC, 208SD, 208SE) 각각과 상기 회전자(208R) 사이의 에어 갭(air gap, G)에 의해서만 제한될 수 있음에 유의한다.

다른 예시적인 실시예에서, 도 6d에 나타난 바와 같이, 상기 고정자(208S)는 상기 회전자(208R)의 네 영역들 상으로 연장되는 네 개의 와인딩 세트들(208SF, 208SF, 208SH, 208SI)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 단지 예시적인 목적으로, 상기 와인딩 세트들(208SF, 208SG, 208SH, 208SI)은 예를 들어 약 90도의 각도로 분리되도록 나타난다. 다른 실시예들에서, 상기 네 개의 와인딩 세트들은 임의의 적절한 기계적인 각도 관계를 포함할 수 있고, 상기 와인딩 세트들(208SF, 208SG, 208SH, 208SI)에 의해 형성된 결과 힘들을 통해 상기 회전자(208R) (및 샤프트(211))를 안정적으로 지지하기 위해, 상기 기계적 각도 관계는 약 90도 이상 또는 이하일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 각각의 샤프트 회전자(208R)와 함께 셀프 베어링 모터를 형성하기 위해, 상기 와인딩 세트들(208SF, 208SG, 208SH, 208SI)은 상기 와인딩 세트들 사이의 적절하게 대응되는 전기적 각도 이동을 가질 수 있다. 나타난 예에서, 상기 회전자(208R)는 도 6a에 따라 설명된 것과 실질적으로 유사할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 와인딩들(208SF, 208SG, 208SH, 208SI)이 방사형의, 접선의, 및/또는 축형의 힘들을 생성하도록 충전되고 구성될 수 있으며, 따라서 상기 회전자(208R)의 회전(C)의 중심은, 예를 들어 X-Y 평면 내 임의의 점으로 이동될 수 있고, 상기 회전자(208S)의 회전(C)의 중심의 이동이 상기 와인딩들 각각과 상기 회전자 사이의 에어 갭(G)에 의해서만 제한될 수 있는, 단일 축을 따른 선형 이동에 제한되는 것은 아니다.

도 6a 내지 도 6d에서 설명된 와인딩 조각들 각각은, 상기 회전자(208R)를 조종하기 위한 힘들을 생성하는 임의의 적절한 수의 회로들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어, 도 6e 및 도 6f에 나타난 바와 같이, 예를 들어 지그재그 구조의 두 회로들(280, 281)을 포함할 수 있는 와인딩의 일 모습(phase)이 단지 예시적인 목적으로 나타난다. 도 6e에 나타난 예시적인 와인딩 구성에서, 회로(280) 내 전류가 회로(281)의 전류보다 크도록 회로들(280, 281)을 충전하는 것은, 예를 들어 화살표(282)의 방향 및 역방향으로의 결과 힘을 생성한다. 도 6f에 나타난 바와 같이, 상기 회로들(280, 281)은 실리더형 구성을 포함할 수 있고, 따라서 회전형 힘들(282')도 예를 들어 상기 회전자(208R)에 인가될 수 있음에 유의하여야 한다. 다수의 회로 와인딩들을 포함하는 모터들의 일 예는 미국 특허 공개 공보 제 2005/0264119 호에 기재되어 있고, 상기 공개 공보의 개시사항은 전체로서 본원에 참조 병합된다.

도 6g는, 회전자의 움직임을 제어함에 따라 모터 와인딩 조각들에 의해 생성된 접선의 힘들(TF1 내지 TF4)이 변화하는 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 도 6g에 나타난 차트에서, 각각의 "+" 또는 "-" 부호는 일 유닛의 크기와 힘을 나타내지만, 상기 회전자를 방사형으로 위치시키기 위한 적절한 결과 차동 힘들(resultant differential forces)을 생성하기 위해 그러한 접선의 힘들이 인가될 수 있다. 도 6g의 차트에 나타난 부호들은 은 힘 또는 토크의 방향을 나타내며, 값을 나타내는 것이 아니다. 와인딩 세트들에 의해 생성된 상기 결과 차동 접선의 힘들을 변화시킴으로써, 여기에 설명된 바와 같이 단부 이펙터의 미세 위치 또는 스핀들의 기울어짐에 의해 회전자 각각의 방사형 위치가 영향 받을 수 있음에 유의하여야 한다. 중심에 위치시키는 목적들에 따른 접선의 힘을 사용하는 일 예가 미국 특허 공보 일련 번호 제 6,707,200 호에 설명되어 있으며, 상기 특허 공보의 개시사항은 전체로서 본원에 참조 병합된다.

비록 도 6a 내지 6g에 따라 상술한 모터들(208, 209)이 두 개, 세 개, 또는 네 개의 와인딩 세트들로 나타나 있으나, 상기 모터들(208, 209)은 임의의 적절한 수의 와인딩 세트들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 또한, 상기 모터들(208, 209)이 와인딩의 세트가 회전자의 평면형 위치 및 부상형, 회전형, 축형 위치를 제공할 수 있는 셀프-베어링 모터로서 설명되어 있음에 유의하고, 또한, 상기 회전자들 및 그들의 샤프트들 각각을 기계적으로 지지하기 위해, 분리되거나 별개의 자성 베어링들(예를 들어, 단독으로 또는 수동 영구 자석들과 함께 일부 능동 베어링을 제공하는 와인딩들)이 상기 회전자들 및 상기 고정들과 함께 또는 떨어져서 제공될 수 있음에 유의하여야 하고, 상기 개별 자성 베어링들은 예를 들어 상기 회전자의 위치를 제어하도록 사용된다. 또 다른 실시예들에서, 임의의 적절한 액츄에이터들(actuators)에 의한 것과 같은 임의의 적절한 방법으로, 상기 회전자들 및 샤프트들이 제어 가능하도록 지지된다.

이제 도 7, 도 7a, 및 도 8을 참조하면, 여기에 설명된 것처럼 상기 회전자를 위치시키기 위한 평면 위치 힘들(예를 들어, 방사형 힘들)을 포함하고 바람직한 양의 에어 갭(G)을 가로지르는 힘(도 3 참조)을 생성하는 동안, 이송 로봇(800)의 드라이브 영역(840)과 같은 예시적인 실시예들의 드라이브 영역들은 또한, 바람직한 양의 축형 및 기울어진 경도(stiffness)를 생성하고, 많은 수의 축들을 따른 톱니 방해들을 최소화하기 위해 비-톱니(anti-cogging) 부재들을 포함하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 비-톱니 부재들은 모터의 고정자 내 또는 일부로서 포함되어 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 비-톱니 부재들은 상기 고정자들로부터 분리될 수 있다. 상기 비-톱니 부재들은, 각각의 비-톱니 부재 구성요소에 의해 야기된 톱니 힘들(cogging forces)의 중첩을 허용할 수 있고, 따라서 추진 방향, 갭 방향, 및 축형 방향에 따른 전체 톱니 방해가 최소화될 수 있다. 2008년 6월 27일에 출원된 "MOTOR STATOR WITH LIFT CAPABILITY AND REDUCED COGGING CHARACTERISTICS"라는 제목의 미국 특허 출원, 대리인 일람 번호 제 390P012912-US(PAR) 호에 비-톱니 부재들을 포함하는 모터의 적절한 일 예가 설명되어 있으며, 상기 특허 출원의 개시사항은 전체로서 본원에 참조 병합된다.

도 7에 나타난 회전형 모터를 위한 예시적인 고정자(5100)는 톱니 효과들을 감소시키거나 최소화하는 반면, 바람직한 수동의 축형 및 기울어진 경도(stiffness)를 가지도록 구성될 수 있다. 고정자(5100)는 상기 고정자(5100)의 제 1 표면(5110)으로부터 내부로 연장되는 두 개 이상의 리세스들(5105, 5175 및 5615, 5685)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 리세스들은 모터의 상기 수동 축형 및 기울어진 경도에 무시할만한 효과를 야기하도록 구성될 수 있다. 각각의 리세스는 상기 제 1 표면으로부터 상기 리세스로의 두 개의 전환 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리세스(5105)는, 상기 제 1 표면(5110)과 상기 리세스(5105) 사이에 각각 제 1 및 제 2 전환 영역들(5115, 5120)을 포함할 수 있다. 회전자 톱니를 최소화하도록 회전자 영구 자석들(5150, 5180)에 작용하고 상기 회전자 상의 비-톱니 힘들을 생성하도록, 상기 전환 영역들은, 전체로서 본원에 참조 병합된 "MOTOR STATOR WITH LIFT CAPABILITY AND REDUCED COGGING CHARACTERISTICS"라는 제목의 미국 특허 출원에 설명된 바람직하고 적절한 예들과 같이 구성될 수 있다. 마찬가지로, 리세스(5175)는 상기 제 1 표면(5110)과 상기 리세스(5175) 사이에 각각 제 1 및 제 2 전환 영역들(5127, 5137)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 리세스의 상기 전환 영역들과 마찬가지로, 제 2 리세스(또는 상기 고정자의 비-톱니 영역)는, 회전자 영구 자석들(5190, 5195)에 작용하며, 상기 회전자 상에 비-톱니 효과를 생성하는 각각의 비-톱니 힘들을 생성하도록 적절한 형상을 가질 수 있다. 또한, 리세스들(5165, 5685)은, 리세스들(5105, 5175)에 대해 설명된 것들과 실질적으로 유사한, 적절한 전환 영역들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 고정자 리세스의 전환 영역들은, 축형 방향(예를 들어, 도 7의 고정자의 평면과 수직인 Z 방향) 및 접선의 방향 내 톱니를 최소화하는 비-톱니 힘들을 생성하도록 동작할 수 있다. 도 7a는 회전자에 작용하는 각각의 전환 영역들에 의해 생성된 힘들(5410, 5415) 및 리세스의 전환 영역들의 비-톱니 효과(예를 들어, 축형)을 도시하는 축척 힘(5420)을 그래프로 도시한 것이다. 나타난 예시적인 실시예에서, 축형 방향 및 접선의 방향 모두 또는 이들이 조합되여 톱니를 더 최소화하기 위해, (비록 다른 실시예에서 인접하지 않을 수 있지만 예시적인 목적으로서, 서로가 인접하도록 나타난) 리세스들(5105, 5175)은 서로가 협력하도록 위치될 수 있다.

도 7에 나타난 예시적인 실시예에서, 개시된 실시예들을 실시하기 위해 두 개 정도로 작은 와인딩 세트들(5685, 5690)들이 사용될 수 있다. 와인딩 세트들(5685, 5690)은 하나 이상의 와인딩들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들의 측면들을 위해 사용되는 와인딩 세트들은, 하나 이상의 리세스들 내에 위치된 하나 이상의 와인딩들을 포함할 수 있고, 개시된 실시예들을 실시하는데 적합한 임의의 종류의 와인딩들을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 예시적인 실시예들은 조각화된 와인딩들, 예를 들어, 하나 이상의 와인딩 집합들로 분할되고 고정자의 선택된 리세스들에 분배된 와인딩 세트들을 포함할 수 있다. 개시된 실시예에 따라, 와인딩 집합 각각은 하나 이상의 와인딩들을 포함할 수 있고, 모터 힘들을 생성하도록 구동될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 상기 와인딩 세트들은 3상 와인딩 세트들로서 배치될 수 있지만, 임의의 적절한 와인딩 세트 배치가 사용될 수 있다.

도 7로부터, 고정자(5100)와 함께 동작하는 회전자는, 교번하는 극성들을 가지는 인접 자석들을 포함하는 복수개의 영구 자석들을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 다른 실시예들에서, 상기 회전자는 임의의 적절한 강자성 물질로 형성될 수 있다. 자석들(5150, 5180, 5190, 5195)은 도시적인 목적으로 나타난 것이다. 나타난 상기 자석들 사이에 다른 자석들이 분산될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 예시적인 실시예들은 방사형 톱니 힘들의 감소를 제공할 수 있으며, 이는 고정자(100)와 고정자의 회전자 각각 사이의 갭과 평행한 톱니 힘들일 수 있다. 다시 도 7을 참조하면, 고정자(5100)의 표면(5110) 상의 리세스들(5105, 5615)은 적절하게 위치될 수 있고, 따라서 예를 들면 전체로서 본원에 참조 병합된 "MOTOR STATOR WITH LIFT CAPABILITY AND REDUCED COGGING CHARACTERISTICS"라는 제목의 미국 특허 출원에서 설명된 바와 같이 방사형 톱니 힘들을 감소시키기 위해, 각각의 리세스들에 의해 회전자 상으로 생성된 힘들이 결합할 수 있다.

이제 도 8을 참조하면, 개시된 실시예들에 따른 다른 예시적인 비-톱니 부재들(6800, 6210, 6215, 6220)의 개략도가 나타난다. 상기 비-톱니 부재들(6800, 6210, 6215, 6220)은 강자성 물질을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 물질로 구성될 수 있다. 상기 부재들의 구성요소들에 의해 야기되는 톱니 힘들의 중첩이 추진 방향 및 갭 방향을 따라 최소한의 전체 톱니 방해를 야기하도록 부재들(6800, 6210, 6215, 6220)의 기하구조가 배치될 수 있다.

도 8의 비-톱니 부재(6800)의 구성요소들은 내부 원호-조각(arc-segment, 6805), 외부 원호 조각(6810), 제 1 및 제 2 전환 영역들(6815, 6820), 연속적인 코일 슬롯들(a sequence of coil slots, 6825), 및 확장 각도(span angle, 6830)을 포함한다. 예를 들어, 내부 원호-조각(6805)은 영구 자석 회전자와 상호작용할 수 있도록 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 내부 원호-조각(6805)은 임의로 적절하게 구성된 회전자와 상호작용할 수 있도록 구성될 수 있다. 코일 슬롯들(6825)은 예를 들어 3상 와인딩 세트로 배치된 와인딩 세트를 둘러쌀 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 와인딩 세트는 임의의 적절한 수의 위상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 사인파형의 변환 구조를 사용하는 것과 같은 임의의 적절한 방법으로 상기 와인딩 세트가 구동될 수 있다. 확장 각도의 원호 조각 내에서 상기 확장 각도가 홀수개의 부분적인 자석 피치들(piches)을 수용하도록 상기 확장 각도(6830)가 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 임의의 적절한 수의 자석 피치들을 수용하도록 상기 확장 각도가 배치될 수 있다.

예시적인 목적으로, 도 8에 나타난 예시적인 실시예에서, 네 개의 비-톱니 부재들(6800, 6210, 6215, 6220)이 사용된다. 임의의 수의 비-톱니 부재들(예를 들어, 네 개 이상 또는 이하)이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 하나 이상의 실시예들에서, 상기 비-톱니 부재들(6800, 6210, 6215, 6220)은 서로가 실질적으로 유시할 수 있고, 기계적 또는 전기적으로 약 90도 떨어져서 위치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 비-톱니 부재들(6800, 6210, 6215, 6220)은 가상의(imaginary) 360도 부분적인 슬롯 피치(fractional slot pitch)와 정렬되어, 각각 대응되는 코일 슬롯들(6825, 6230, 6235, 6240)과 기계적으로 약 90 도 떨어져서 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 코일 슬롯들의 집합만이 코일들로 채워질 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 비-톱니 부재들은 서로에 대하여 임의의 적절한 구성 및/또는 기계적 및 전기적 위치를 가질 수 있다. 전체로서 본원에 참조 병합된 "MOTOR STATOR WITH LIFT CAPABILITY AND REDUCED COGGING CHARACTERISTICS"라는 제목의 미국 특허 출원에서, 비-톱니 부재들의 적절한 예가 설명된다.

이제 도 9를 참조하면, 일 예시적인 실시예에서, 이송 로봇(800)의 드라이브 영역(840)과 같은 드라이브 영역은 하우징(201) 내로 위치된 Z-드라이브 유닛(Z-drive unit, 220), 제 1 회전형 모터(208), 및 제 2 회전형 모터(209)를 포함할 수 있다. 비록 도면들에서 상기 Z-드라이브 유닛(220) 및 상기 모터들(208, 209)이 하우징(201) 내로 위치된 것으로 나타나지만, 다른 실시예들에서는 상기 Z-드라이브 유닛(220) 및/또는 상기 모터들(208, 209)의 임의의 부분이 개별 하우징들 내에 위치할 수 있음에 유의하여야 한다. 또 다른 실시예들에서, 상기 드라이브 유닛은 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있다.

상기 하우징(201)은, 플라스틱들, 금속들, 세라믹들, 합성물들 또는 이들의 조합을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절할 물질로 구성될 수 있다. 상기 Z-드라이브 유닛(220)은 가이드 레일(guide rail, 203), Z 드라이브 모터(206), 볼 스크류 메커니즘(ball screw mechanism, 207) 및 캐리지(205)를 포함할 수 있다. 상기 하우징(201) 내 Z 방향을 따라 캐리지(205)를 선형 안내하기 위해, 상기 가이드 레일(203)은 임의의 적절한 물질로 제조된 임의의 적절한 가이드 레일일 수 있다. 상기 가이드 레일(203)은 각 단부에서 하우징에 의해 적절하게 지지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 가이드 레일은 가이드 레일의 길이를 따라 많은 위치들에서 지지될 수 있거나, 상기 하우징 내 외팔보(cantilever) 형태일 수 있다. 선형 베어링들(204A, 204B) 및 볼 스크류 멤버(ball screw member, 207A)에 의해, 상기 캐리지는 상기 하우징 내 지지될 수 있다. 예를 들어, 기계적 또는 화학적 고정물질들(fasteners), 접착제들 또는 용접물에 의한 것과 같은 임의의 적절한 방법으로, 선형 베어링들(204A, 204B) 및 볼 스크류 멤버(207A)가 상기 캐리지(205)에 부착될 수 있다. 상기 캐리지의 Z-방향으로의 이동을 허용하기 위해, 상기 선형 베어링들(204A, 204B)은 상기 선형 가이드 레일과 상호작용할 수 있다. 모터(206)에 의해 상기 볼 스크류(207)가 회전될 경우, Z-방향을 따라 캐리지(205)를 이동시키기 위해, 상기 볼 스크류 멤버(207A)는 상기 볼 스크류(207)과 상호작용할 수 있다. 상기 볼 스크류 멤버가 자유롭게 회전하는 것을 허용하는 임의의 적절한 베어링(207B)에 의해, 상기 볼 스크류(207)는 일 단부 상에서 지지될 수 있다. 상기 볼 스크류의 다른 단부는 임의의 적절한 방법으로 상기 Z-드라이브 모터(206)와 연결되고 지지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 볼 스크류(207)는 상기 하우징 내 지지될 수 있고, 임의의 적절한 방법으로 회전될 수 있다. 상기 Z-드라이브 모터는, 스텝퍼(stepper) 모터들, 서보(servo) 모터들 또는 임의의 다른 적절한 AC 또는 DC 모터들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 모터일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 드라이브는 자력으로, 공압으로(pneumatically), 유압으로(hydraulically), 또는 전기력으로 구동될 수 있는 임의의 적절한 선형 액츄에이터를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 선형 액츄에이터는 임의의 적절한 방법으로 구동될 수 있다. 도 9에 나타난 상기 Z-드라이브 유닛(220)의 구성은 예시적이며, 상기 Z-드라이브 유닛(220)은 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다.

도 10을 참조하면, 이송 로봇(800)의 드라이브 영역(840)과 같은 드라이브 영역(8000)의 부분의 다른 예시적인 실시예가 나타난다. 이 예시적인 실시예에서, 임의의 적절한 수의 Z 드라이브 유닛들이 사용될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 예를 들어 컨트롤러(170)와 같은 임의의 적절한 컨트롤러는 각 Z-드라이브의 움직임을 동기화시킬 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 Z-드라이브들의 움직임은 임의의 적절한 방법으로 동기화될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 고정자(1310S)는 Z 드라이브 유닛들(206', 206'') 쌍과 교대로 연결된 선형 베어링들(204A', 204B') 상에 고정될 수 있다. 상기 Z 드라이브 유닛들(206', 206'')은 상술한 Z-드라이브 유닛(206)과 실질적으로 유사할 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 Z-드라이브 유닛들은 임의의 적절한 드라이브 메커니즘들일 수 있다.

이제 도 11을 참조하면, 캐리지(205)의 부분의 예시적이고 개략적인 도시가 나타난다. 도 11에 나타난 상기 캐리지(205)는 도 9 및 도 10에 따라 상술한 Z-드라이브 유닛(들)에 의해 상기 하우징(201) 내에서 지지될 수 있음에 유의한다(도 9 참조). 다른 실시예들에서, 상기 캐리지는 임의의 적절한 방법으로 상기 하우징(201) 내에서 지지될 수 있다. 예를 들어, 이송(800)과 같은 상기 로봇 이송의 드라이브 영역(840)은 탑재 플랜지(mounting flange, 202)를 사용한 임의의 적절한 처리 기기와 연결된 수 있다. Z-드라이브 유닛(220)과 같은 Z-드라이브 유닛(들)에 의해 생성된 미립자들(particulates)이 기판 처리 환경으로 인입되는 것을 방지하기 위해, 캐리지(205)와 탑재 플랜지(202) 사이에 밀봉재(seal, 400)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉재(400)의 일 단부는 상기 탑재 플랜지(202)와 부착될 수 있고, 상기 밀봉재의 다른 단부는 상기 캐리지(205)와 부착될 수 있다. 이 예에서, 상기 캐리지(205)의 Z 방향 움직임을 허용하기 위해, 상기 밀봉재(400)는 풀무형 밀봉재(bellows seal)와 같이 나타나지만, 다른 실시예들에서, 상기 밀봉재는 금속들, 플라스틱들, 고무들 및 천들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 밀봉재일 수 있다. 다른 실시예들에서, 예를 들어 상기 하우징(201), 탑재 플랜지(202) 또는 캐리지(205)의 부분과 같은 장벽을 가로지르는 분위기들을 고립시키기 위해, 상기 밀봉재(400)는 생략되거나 임의의 적절한 장벽으로 대체될 수 있다

도 11에 나타난 바와 같이, 캐리지는 제 1 고정자(208S), 제 2 고정자(209S), 인코더들(410A, 410B, 410C) 및 동축 드라이브 샤프트들(211, 212)를 포함할 수 있다. 외측 드라이브 샤프트(211)는 인코더 스케일(430A), 정지 표면(stop surface, 420A), 및 제 1 모터 회전자(208R)를 포함할 수 있다. 외측 드라이브 샤프트(212)는 인코더 스케일(430B), 정지 표면들(stop surface, 420B), 및 제 2 모터 회전자(209R)를 포함할 수 있다. 도 11에서 나타난 바와 같이, 예시적인 목적으로, (모터 스핀들 어셈블리의 일부인) 상기 드라이브 샤프트들(211, 212)은 Z-축을 따라 세로로 지향된 것으로 나타난다. 상기 고정자들(208S, 209S) 및 회전자들(208R, 209R)은 상술한 셀프-베어링 모터들/자성 스핀들 베어링들(208,209)을 형성할 수 있다. 단지 예시적인 목적으로, 상기 고정자(208S)는 드라이브 영역(208D) 및 베어링 영역들(208B1, 208B2)을 포함하는 것으로 나타나고, 다른 예시적인 실시예에서, 상술한 바와 같이, 상기 고정자는 후술할 바와 같은 상기 고정자들은 회전형 힘들, 수동 부상형 및/또는 방사형 위치 힘들을 제공하는 영역 또는 일 부분을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 다른 실시예들에서, 상기 고정자(208S)는 두 개 이상 또는 이하의 베어링 영역들을 포함할 수 있다. 상기 고정자 드라이브 영역(208D)은 회전자 드라이브 영역(208RD)와 상호작용하고, 따라서 상기 고정자 드라이브 영역(208D)이 충전될 경우 결과 자기력들은 상기 회전자 드라이브 영역(208RD)이 축(C1) 또는 회전의 중심에 대해 회전하도록 야기하고, 그 결과 외측 샤프트(211)를 회전시킨다. 실질적으로 동일한 방법으로, 고정자 드라이브 영역(209D) 및 회전자 드라이브 영역(209RD)에 의해, 상기 내측 샤프트(212)는 축(C2)에 대하여 회전형으로 구동된다. 각각의 고정자들(208S, 209S) 상으로 고립 장벽(isolation barrier, 210A, 210B)이 제공될 수 있고, 따라서 도 3에서 상술한 바와 같이, 다른 환경에서 상기 고정자들이 동작하는 동안 일 환경에서 회전자들이 동작할 수 있다. 상기 고립 장벽들(210A, 210B)은 상술한 장벽(210)과 실질적으로 유사할 수 있음에 유의한다.

외측 샤프트(211)의 회전(C1)의 중심은 상기 고정자의 베어링 부분들(208B1, 208B2) 및 상기 회전자의 베어링 부분들(208RB1, 208RB2)에 의해 제어될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 베어링 부분들은, 예를 들어 능동 방사형 베어링(예를 들어 Rx 및 Ry) 및 수동 리프트(passive lift, 예를 들어 Rz), 수동 방사형 베어링 및 능동 리프트 또는 수동 방사형 베어링 및 수동 리프트를 제공하도록 구성될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 베어링 부분들(208B1, 208B2)은 모두 능동 베어링들일 수 있지만, 다른 실시예들에서 상기 베어링 부분들 중 하나는 수동 베어링 부분일 수 있다. 능동 방사형 베어링이 수동 리프트 고정자와 결합될 경우 상기 회전자는 피치 및 롤(role)의 측면에서 안정화되고, 따라서 제 2 수동 방사형 베어링은 생략될 수 있음에 유의하여야 한다. 다른 실시예들에서, 상기 능동 방사형 베어링, 상기 회전형 부분 및 상기 수동 리프트 고정자는 단일 고정자-회전자 배치로 결합될 수 있다. 예를 들어, 에어 갭(G1)을 제어하기 위해, 고정자 베어링 부분(208B1)은 회전자 베어링 부분(208RB1)과 상호작용할 수 있고, 동시에 예를 들어 에어 갭(G2)을 제어하기 위해, 고정자 베어링 부분(208B2)은 회전자 베어링 부분(208RB2)과 상호작용할 수 있다. 단지 예시적인 목적으로, 도 11에서, 샤프트의 절반이 나타나고, 따라서 따라서 갭들(G1, G2)이 단지 예를 들어 도면에 나타난 드라이브 영역의 절반에 대한 X-방향의 갭과 대응한다. 상술한 바와 같이, 회전(C1)의 중심의 위치가 변화할 경우, 상기 고정자와 회전자 사이의 갭은 모터(208)의 주변을 따라 변화할 수 있음에 유의하여야 한다.

마찬가지로, 베어링 부분들(208B1, 208B2, 208RB1, 208RB2)에 대하여 상술한 것과 실질적으로 유사한 방법으로, 내측 샤프트(212)의 회전(C2)의 중심은 상기 고정자의 베어링 부분들(209B1, 209B2) 및 상기 회전자의 베어링 부분들(209RB1, 209RB2)에 의해 제어될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 베어링 부분들(209B1, 209B2)은 모두 능동 베어링일 수 있지만, 다른 실시예들에서 상기 베어링 부분들 중 하나는 수동 베어링 부분일 수 있다. 상술한 바와 같이, 능동 방사형 베어링이 수동 리프트 고정자와 결합될 경우 상기 회전자는 피치 및 롤의 측면에서 안정화되고, 따라서 제 2 수동 방사형 베어링은 생략될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 능동 방사형 베어링, 상기 회전형 부분 및 상기 수동 리프트 고정자는 단일 고정자-회전자 배치로 결합될 수 있다. 예를 들어, 에어 갭(G3)을 제어하기 위해, 고정자 베어링 부분(209B1)은 회전자 베어링 부분(209RB1)과 상호작용하고, 동시에 예를 들어 에어 갭(G4)을 제어하기 위해, 고정자 베어링 부분(209B2)은 회전자 베어링 부분(209RB2)과 상호작용한다. 상술한 바와 같이, 회전(C2)의 중심의 위치가 변화할 경우, 상기 고정자와 회전자 사이의 갭들(G3, G4)은 모터(209)의 주변을 따라 변화할 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어 컨트롤러(170) 또는 임의의 다른 적절한 컨트롤러와 같은 이송 장치 컨트롤러는, 모터들(208, 209)의 주변을 따른 다양한 점들에서의 센서들로부터 갭 측정 신호들을 수신하도록 구성될 수 있고, 따라서, 예를 들어 샤프트들(211, 212)을 임의의 적절한 소정의 위치 및/또는 공간 방위로 위치시키도록 와인딩들이 충전될 수 있다.

이제 도 11a를 참조하면, 캐리지(205) 부분의 다른 예시적이고 개략적인 도시가 나타난다. 상기 캐리지(205)는 도 11에서 상술한 것과 실질적으로 유사하고, 따라서 동일한 특징들은 동일한 부재 번호들을 가짐에 유의한다. 베어링 부분들은 도 11에서 상술한 것과 실질적으로 유사한 방법으로 회전자의 제어를 제공할 수 있음에 유의한다. 그러나, 이 예시적인 실시예에서, 단지 예시적인 목적으로, 베어링 부분들(208B1, 209B2)은 능동 베어링으로 나타나는 반면 베어링 부분들(208B2', 209Bl')은 수동 베어링 부분들로 나타난다. 이 예시적인 실시예에서, 임의의 적절한 방법으로, 수동 베어링 부분들(208B2', 208B1')은 수동적으로 회전자들에 대한 방사형 안정화를 제공할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 베어링 부분들은 임의의 적절한 능동/수동 베어링 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베어링들(208B1, 208B2')은 능동 베어링들인 반면, 베어링들(209B1, 209B2)은 (샤프트가 동일한 중심을 가질 수 있도록 샤프트(211) 내에서 샤프트(212)가 적절하게 지지되는) 수동일 수 있다. 다른 실시예들에서, 베어링들(208B2', 209B1')이 능동인 반면, 베어링들(208B1, 209B2)은 수동일 수 있다. 이 예에서, 컨트롤러(170)와 같은 임의의 적절한 컨트롤러는 상기 능동 베어링 부분들(208B1, 209B2)을 충전할 수 있고, 따라서 상기 샤프트들(211,212)은 임의의 적절한 소정의 위치에 위치될 수 있다. 이 예에서, 상기 수동 베어링들(208B2', 209B1')은 그들 각각의 능동 베어링들의 받침점(fulcrum)으로서 동작할 수 있고, 따라서 예를 들어, 갭들(G1, G4)의 크기를 제어함으로써, 상기 샤프트들(211, 212)은 공간적으로 일정 방향을 향할 수 있다.

이제 도 11b를 참조하면, 캐리지(205) 부분의 다른 예시적이고 개략적인 도시가 나타난다. 상기 캐리지는 도 11에 따라 상술한 것과 실질적으로 유사하고, 따라서 동일한 특징들은 동일한 부재 번호들을 가짐에 유의한다. 그러나, 이 실시예에서, 자성 스핀들 베어링들(450, 451)은 회전형 드라이브들(208', 209')로부터 분리되거나 별개일 수 있다. 상기 베어링들(450, 451)은 상술한 베어링 부분들(208Bl, 208RB1, 208B2, 208RB2, 209Bl, 209RBl, 209B2, 209RB2)과 실질적으로 유사할 수 있고, 도 11에 따라 상술한 것과 실질적으로 유사한 방법으로 베어링 및 리프트 제어를 제공할 수 있음에 유의한다. 이 예시적인 실시예에서, 드라이브(208')는 캐리지(205) 내에 탑재된 고정자(208S') 및 샤프트(211)와 부착된 회전자(208R')를 포함할 수 있다. 드라이브(209')는 상기 캐리지 내에 탑재된 고정자(209S') 및 상기 샤프트(212)와 부착된 회전자(209R')를 포함할 수 있다. 상기 자성 베어링(450)은 상기 캐리지 내 위치된 제 1 베어링 멤버(450A) 및 상기 샤프트(211)와 부착된 제 2 베어링 멤버(450B)를 포함할 수 있다. 상기 자성 베어링(451)은 상기 캐리지 내 위치된 제 1 베어링 멤버(451A) 및 상기 샤프트(212)와 부착된 제 2 베어링 멤버(451B)를 포함할 수 있다. 비록 (각 샤프트들(211, 212) 상의) 단지 두 개의 자성 베어링들(450, 451)이 도 11b에 나타나지만, 다른 실시예들에서 임의의 적절한 수의 자성 베어링들이 각각의 샤프트들(211, 212)과 연관될 수 있음에 유의하여야 한다. 일 예시적인 실시예에서, 상기 자성 베어링들은 수직으로 조각될 수 있고(즉, 상기 조각들은 수직으로 오프셋됨), 따라서 각 베어링들(450, 451)은, Rx, Ry 축들을 따라 샤프트들(211, 212) 각각에 대한 개별 기울어짐 제어(tilt control)를 제공한다. 다른 예시적인 실시예들에서, 예를 들어, 상기 샤프트들(211, 212) 사이에 제공된 적절한 베어링들에 의한 것과 같은 방법으로, 상기 샤프트들은 서로를 구속할 수 있고, 따라서 상기 샤프트들(211, 212)은 동일한 중심을 가지도록 유지될 수 있는 동시에, 베어링들(450, 451)은 하나의 유닛으로서 동축 샤프트들(211, 212)의 방사형 위치 및 기울어짐(예를 들어, Rx, Ry)을 안정화하거나 제어한다.

이제 도 11c를 참조하면, 캐리지(205) 부분의 예시적이고 개략적인 도시가 나타난다. 상기 캐리지는 도 11에 따라 상술한 것과 실질적으로 유사하고, 따라서 동일한 특징들은 동일한 부재 번호들을 가짐에 유의한다. 그러나, 이 예시적인 실시예에서, 자성 스핀들 베어링들/고정자들(208', 209'')은 회전형 힘들, 부상, 축형 힘들 및/또는 X-Y 평면(예를 들어, 방사형) 위치 힘들을 제공하도록 구성된 일 부분 또는 영역을 포함하도록 나타난다(예를 들어, 고정자 및 수동 베어링들이 일체의 드라이브 멤버로 서로 통합됨). 상기 자성 스핀들 베어링들/고정자들은 도 11에 따라 상술한 것과 유사한 실질적으로 방법으로 베어링 및 리프트 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 상기 자성 스핀들 베어링들/고정자들(208'', 209'')은 드라이브 영역을 동작시키기 위해 다른 구동 힘들을 생성하기 위한 개재된 와인딩들의 세트들로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 와인딩들은 여기에 설명된 구동 힘들을 생성하도록 변환될 수 있는 비-개재된 와인딩들일 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 도 5에 따라 상술한 것과 실질적으로 유사한 방법으로, 고정자들(208S'', 209S'') 사이의 상호작용 및 그들 각각의 회전자들(208'', 209'')은 자속 영역들(magnetic flux fields, 1330, 1320, 및 1330', 1320') 및 대응되는 수동 힘들 및 인력들을 각각 생성할 수 있다. 모터(209'')는 상술한 바와 같이 갭(G6)을 제어하도록 구성되는 반면, 모터(208'')는 상술한 바와 같이 갭(G5)을 제어하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 예를 들어 스핀들과 연결된 로봇 암 및 그에 따른 로봇 암 상으로 운반된 기판의 미세 위치를 위해, 갭들(G5, G6)을 변화시킴으로써 스핀들(600)은 기울어지고 및/또는 예를 들어 X-Y 평면 내에 위치될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 상기 자성 베어링들/고정자들은 수직으로 조각될 수 있고(즉, 상기 조각들은 수직으로 오프셋됨), 따라서 각 베어링들(208'', 209'')은 Rx, Ry 축들을 따라 샤프트들(211, 212) 각각에 대한 개별 기울어짐 제어를 제공한다. 다른 예시적인 실시예들에서, 예를 들어, 상기 샤프트들(211, 212) 사이에 제공된 적절한 베어링들에 의한 것과 같은 방법으로, 상기 샤프트들은 서로를 구속할 수 있고, 따라서 상기 샤프트들(211, 212)은 동일한 중심을 가지도록 유지될 수 있는 동시에, 베어링들(208'', 209'')은 하나의 유닛으로서 동축 샤프트들(211, 212)의 방사형 위치 및 기울어짐(예를 들어, Rx, Ry)을 안정화하거나 제어한다.

이제 도 11d 내지 도 11f를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 다른 예시적인 모터 구성이 나타난다. 예를 들어, 스핀들(1070)의 위치, 회전, 및 기울어짐을 위한 드라이브 샤프트들(211, 212)의 회전 축에 대한 추진 힘들, z-방향에서의 추진 힘들, 및 X 방향 및/또는 Y 방향의 가이드 힘들(guidance forces)을 포함하는 3차원의 힘들을 생성하는 변환 기능들의 공통 세트(common set)를 구동하기 위해 전기적 각도가 사용되도록, 상기 모터들(1000, 1010) 및 예를 들어 컨트롤러(170)와 유사할 수 있는 이들의 컨트롤러(1050)가 구성될 수 있다. 다시 말해, 전기적인 각도 오프셋에 대해 전기적 각도를 조절함으로써, 변환 공식들의 공통 세트를 사용하여 상기 모터 내에서 적어도 1차원, 2차원 및 3차원의 힘들이 생성될 수 있다. 2007년 6월 27일에 출원된 "COMMUTATION OF AN ELECTROMAGNETIC PROPULSION AND GUIDANCE SYSTEM"라는 제목의 미국 특허 출원 일련번호 제 11/769,688 호에 그러한 드라이브 구성의 예들이 설명되어 있으며, 상기 출원의 개시사항은 전체로서 본원에 참조 병합된다.

이 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 드라이브 유닛(1099)의 상기 두 개의 모터들(1000, 1010)은 적어도 7개의 자유도를 제공한다. 예를 들어, 샤프트들(211,212) 사이의 적절한 베어링들을 통해 예를 들어 상기 샤프트들(211, 212)이 서로에 대해 동축으로 고정되는 경우, 상기 두 개의 모터들은 7개의 자유도를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 예를 들어, 샤프트들(211, 212)이 서로에 대해 고정되지 않는 경우(즉, 상기 샤프트들이 모든 출들에 대해서 서로에 대해 움직일 수 있음), 상기 두 개의 모터들에 의해 제공되는 자유도는 12개일 수 있다. 특별한 경우가 아닌 한, 드라이브 유닛(1099)은 도 11에 따라 상술한 드라이브 유닛과 실질적으로 유사할 수 있다. 이송의 동작을 위해 각각의 모터들(1000, 1010)이 4차원(즉, 각각의 샤프트들의 X, Y, Z, 및 회전)의 힘들을 제공하도록 구성된 드라이브 유닛이 도 11d에 나타낸다. 또한, 상기 모터들은 Rx, Ry, 및 Rz 축들을 따른 모멘트들을 제공할 수 있고, 이는 고정자 와인딩들의 다른 조각들에 의해 생성된 힘들로부터 야기됨에 유의한다. 예를 들어, 일 예시적인 실시예에서, 상술한 것과 실질적으로 유사한 방법으로, 상기 모터들의 상기 와인딩들이 수직으로 조각될 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이 샤프트들이 서로에 대해 동일한 중심을 가지도록 고정된 경우, 예를 들어 z-축을 따른 리프트, 로렌츠 힘들을 사용하고, 예를 들어, X 및 Y 축들을 따른 갭 제어, 및 로렌츠 힘들을 사용하며(즉, X-Y 평면에서의 평면 움직임 및 상기 X 및 Y 축들에 대한 회전(Rx, Ry)), 예를 들어 로렌츠 및 맥스웰 힘들을 사용하여, Z-축에 대한 추진(즉, 외측 샤프트(211)에 대한 회전(Rz1) 및 내측 샤프트(212)에 대한 회전(Rz2))을 제공하는 샤프트들(211, 212)에 대한 추진 시스템이 나타난다. 상기 샤프트들이 서로에 대하여 고정되지 않는 경우, 예를 들어, 각 고정자의 주변을 따라 수직으로 오프셋된 와인딩 조각들에 의해 생성되며 Rz 축을 따른, 예를 들어 다른 리프트 힘들에 의해, 각각의 샤프트들(211, 212)에 대한 기울어진 (Rx, Ry) 모멘트들이 독립적으로 생성될 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 추진 시스템은 임의의 적절한 방법으로 상기 샤프트들(211, 212)을 Rx, Ry, Rz1, Rz2, Z, X, Y 축들/평면들을 따라 나아가게 할 수 있다.

예를 들어, 도 11d에 나타난 예시적인 실시예에서, 모터들(1000, 1010)은 캐리지(205) 내에 위치된 와인딩 세트들(1000A, 1OOOB 및 101OA, 1O10B)을 각각 포함할 수 있다. 도 11f의 와인딩(1010A)에 나타나 바와 같이, 각각의 와인딩 세트들(1000A, 1OOOB, 101OA, 1O10B)은 개별 와인딩들(1065)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 와인딩 세트들 및/또는 상기 개별 와인딩들은, 예를 들어 전체로서 본원에 참조 병합된 미국 특허 공개 공보 제 2005/0264119 호에 설명된 지그-재그 또는 사다리꼴의 와인딩 구성들과 같은 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있다. 상기 와인딩 세트들(1000A, 1OOOB, 101OA, 1O10B)은 증폭기(1051)에 의해 구동될 수 있고, 이는 컨트롤러(1050)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 상기 증폭기(1051)는 상기 컨트롤러(1050)로부터 분리될 수 있다. 증폭기(1051)는 와인딩 세트들(1000A, 1OOOB, 101OA, 1O10B)의 각각의 개별 와인딩들(1065)을 개별적으로 또는 그룹들로 구동할 수 있는 멀티-채널 증폭기와 같은 임의의 적절한 증폭기일 수 있다. 와인딩 세트들(1000A, 1010A)은 동일한 방위를 가질 수 있고, 에를 들어 와인딩 세트들(1000B, 1010B)로부터 각각 약 90도를 향할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 와인딩 세트들에 의해 생성된 결과 힘들로 회전자(및 샤프트)를 안정적으로 지지하기 위해, 상기 와인딩 세트들은 임의의 적절한 기계적 각도 관계를 가질 수 있고, 이는 약 90도 이상 또는 이하일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 각각의 샤프트 회전자와 함께 셀프 베어링 모터를 형성하기 위해, 상기 와인딩 세트들은 그들 사이에 적절하게 대응되는 전기적 각도 이동을 가질 수 있다.

도 11d에 나타난 예시적인 실시예에서, 드라이브 유닛(1099)의 각각의 샤프트들(211, 212)은 자석 회전자들(magnet rotors, 1000P, 1010P)을 각각 포함할 수 있다. 나타난 실시예에서, 단지 예시적인 목적으로, 상기 자석 회전자들(1000P, 1010P)은 영구 자석 배열을 가질 수 있고, 반면에 다른 실시예들에서, 상기 자석 회전자들(1000P, 1010P)은 영구 자석들을 포함하지 않을 수 있고, 예를 들어 강자성 물질로부터 형성될 수 있다. 각각의 회전자들(1000P, 1010P)은 자석들의 배열로서 배치될 수 있고, 회전자들 그들의의 주변을 따라 연장될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 도 11e에 나타난 바와 같이, 와인딩 세트들(100OA, 100OB, 101OA, 1010B)을 향하는 교번하는 북극들(north poles, 1101) 및 남극들(south poles, 1102)로 회전자들(1000P, 1010P)의 자석들의 배열이 배치될 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 회전자들(1000P, 1010P)은, 전체로서 본원에 참조 병합된 "COMMUTATION OF AN ELECTROMAGNETIC PROPULSION AND GUIDANCE SYSTEM"라는 제목의 2007년 6월 27일 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제 11/769,688 호에 설명된 것들을 포함하며 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 와인딩 세트들 및 자석 플래튼들(magnet platens)은, 여기에 설명된 바와 같은 스핀들 어셈플리 및 샤프트들을 구동하기 위한 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있다.

예를 들어, 개별 샤프트들(211, 212) 및/또는 스핀들 어셈블리(1070)의 x, y, z, Rx, Ry 및 Rz 좌표들의 위치를 감지하기 위해, 예를 들어 도 12 내지 도 15b에 따른 하기에 설명된 임의의 적절한 센서 시스템들이 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 회전자들과 고정자들 사이의 상대적인 움직임은 역기전력(back electromotive force)을 생산할 수 있고, 예를 들어, 자석 배열과 수직한 방향 및/또는 위상의 전압들의 합을 통해, 및 예를 들어, 각각의 와인딩 세트들이 다수의 회로들을 포함하는 경우 다른 회로 전압들을 통해, 상기 역기전력은 상기 자석 배열에 대한 임의의 방향에서의 위치 정보를 제공할 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 적절한 센서 시스템들이 사용될 수 있다.

일 예시적인 실시예에서, 상술한 바와 같이, 변환 공식들의 공통 세트를 사용하여 전기적 각도 오프셋에 대해 전기적 각도를 조절함으로써, 스핀들 어셈블리(1070)의 X 및/또는 Y 방향들에서의 평면 움직임, 상기 스핀들 어셈블리(1070)의 기울어짐(Rx, Ry), 각각의 샤프트들(211, 212)의 회전(Rz1, Rz2), 및 Z-축을 따른 스핀들 어셈블리(1070)의 움직임이 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 드라이브 유닛 구성요소들의 움직임은 임의의 적절한 방법으로 제어될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 두 개의 모터들(1000, 1010)은 드라이브 시스템(1099)에 대한 7개의 자유도를 제공함에 유의한다. 또한, 드라이브 유닛(1099)은 도 9에 따라 설명된 Z-드라이브 유닛을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다.

도 11 및 도 12를 다시 참조하면, 예를 들어, 인코더들(410A, 410B) 및 그들 각각의 인코더 스케일들(encoder scales, 430A, 430B)과 같은 임의의 적절한 인코더들을 따라 외측 및 내측 샤프트들(211, 212)의 회전 위치가 추적될 수 있다. 다른 실시예들에서, 회전자들과 고정자들 사이의 상대적인 움직임은 상술한 위치 정보를 제공할 수 있는 역기전력을 생성할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 인코더들(410A, 410B)은 에미터(412) 및 읽기 헤드(read head, 411)를 포함하는 광학 인코더들(optical encoders)로 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 인코더들은 광학, 반사형(reflective), 용량성(capacitive), 자성 및 유도성(inductive) 인코더들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 인코더로 구성될 수 있다. 상기 인코더 스케일들(430A, 430B)은 상기 인코더가 상기 인코더 스케일들 각각의 샤프트들의 회전 위치를 따라 추적하는 것을 허용하도록 구성된 임의의 적절한 스케일들일 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 도 11에 나타난 바와 같이, 인코더(410A)는 캐리지(205) 상에 탑재될 수 있고, 스케일(430A)과 상호작용하도록 배치될 수 있으며, 상기 스케일은 외측 샤프트(211) 상에 탑재될 수 있다. 인코더(410B)는 캐리지(205) 상에 탑재될 수 있고, 스케일(430B)과 상호작용하도록 배치될 수 있으며, 상기 스케일은 내측 샤프트(212) 상에 탑재될 수 있다. 다른 실시예들에서, 스케일들은 캐리지 상에 위치될 수 있는 반면, 인코더들은 각각의 드라이브 샤프트들 상에 위치된다. 다른 실시예들에서, 인코더들 및 인코더 스케일들은 임의의 적절한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 샤프트들와 연결된 암 링크(arm link)의 위치에 대한 피드백을 제공하고 및/또는 모터 변환에 피드백을 제공하기 위해, 인코더들(410A, 410B)에 의해 출력된 위치 신호들은 컨트롤러에 의해 활용될 수 있다.

도 12에 잘 나타난 바와 같이, 일 예시적인 실시예에서, 예시적인 인코더 에미터(412) 및 읽기 헤드(411)는 인코더 프레임(encode frame) 또는 모듈(500)과 연결될 수 있고, 이들은 캐리지 내로 삽입될 수 있다. 상기 인코더 프레임은 진공 환경에서 사용하기 위해 구성된 물질들을 포함하는 임의의 적절한 물질로 구성될 수 있다. 인코더 스케일(430A)에 대한 인코더의 조절을 허용하기 위해, 상기 에미터(412) 및 읽기 헤드(411)이 화살표들(A, B)의 방향으로 움직일 수 있도록 상기 인코더 프레임(500)이 구성될 수 있다. 임의의 미립자들이 기판 처리 환경으로 인입되는 것을 방지하기 위해, 상기 에미터(412)와 읽기 헤드(411)와 상기 인코더 프레임(500) 사이에 임의의 적절한 밀봉재들(510E, 510C)이 제공될 수 있다. 또한, 임의의 미립자들이 상기 기판 처리 환경으로 인입되는 것을 방지하기 위해, 상기 인코더 프레임(500)과 캐리지(205) 사이에 적절한 밀봉재들(510A, 510B)이 제공될 수 있다. 인코더(410B)가 인코더(410A)와 실질적으로 유사할 수 있음에 유의한다. 다른 실시예들에서, 예를 들어, 진공 처리 환경 내로 가스를 제거할 수 있는 물질들의 양을 감소시키기 위해, 상기 인코더 에미터 및 읽기 헤드가 기판 처리 환경으로부터 분리된 환경 내에 보존되고, 광학 표시 영역들(optical view ports)을 통해 사용되도록, 상기 인코더 프레임(500)이 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 홀 효과 센서들(Hall effect sensors), 유도성 센서들 및 리졸버들(resolvers)을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 피드백 장치들이 사용될 수 있다.

이제 도 12a를 참조하면, 다른 예시적인 인코더 구성이 다른 예시적인 실시예에 따라 나타난다. 이 예시적인 실시예에서, 캐리지(205')는 센서 삽입물들(inserts) 또는 모듈들(550A, 550B)을 수용하기 위한 리세스들 또는 오프닝들(530A, 530B)을 포함할 수 있다. 상기 리세스들(530A, 530B)은 센서 구성요소들(411', 412')이 인코더 스케일(430A)을 감지하는 것을 허용하는 표시 영역들(560A, 560B)을 포함할 수 있다. 상기 모듈들(550A, 550B)은 임의의 적절한 형상 및 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈들(550A, 550B)이 그들 각각의 리세스들(530A, 530B)로 삽입될 경우 상기 센서들(411', 412')이 서로 및 인코더 스케일에 따라 정렬되도록, 상기 모듈들(550A, 550B)이 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 센서들이 각각의 인코더 스케일에 따라 정렬될 수 있도록, 상기 모듈들이 상기 리세스 내로 조절될 수 있다. 도 12의 경우 모듈들(550A, 550B)이 별개의 모듈들로서 나타난 반면, 다른 실시예들에서 모듈들(550A, 550B)은 일체의 구성(예를 들어, 하나의 조각)을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 이 예시적인 실시예에서, 모듈(550A)은 모듈(550A) 내 위치된 인코더 읽기 헤드(411')를 포함할 수 있고, 따라서 상기 모듈(550A)이 캐리지(205') 내로 삽입될 경우 상기 읽기 헤드(411')는 표시 영역(560A)에 따라 정렬된다. 이 예시적인 실시예에서, 분위기의 임의의 누설 또는 기판 처리 영역 내로 또는 외로의 오염물질들의 통과를 방지하기 위해, 상기 읽기 헤드(411')는 모듈(550A)과 캐리지(205') 사이에 밀봉재(570A)를 형성한다. 다른 실시예들에서, 임의의 적절한 방법으로 상기 밀봉재가 상기 읽기 헤드와 캐리지 사이에 형성될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 읽기 헤드(411')와 분리된 "윈도우(window)" 또는 광학적으로 투명한 물질이 상기 표시 영역(560A)을 덮고 밀봉할 수 있다. 모듈(550B)은 상기 모듈(550B) 내 위치된 인코더 에미터(412')를 포함할 수 있고, 따라서 상기 모듈(550B)이 캐리지(205') 내로 삽입될 경우 상기 에미터(412')는 표시 영역(560B)에 따라 정렬된다. 이 예시적인 실시예에서, 기판 처리 영역 내로 또는 외로의 분위기의 임의의 누설을 방지하기 위해, 상기 에미터(412')는 모듈(550A)과 캐리지(205') 사이에 밀봉재(570B)를 형성한다. 다른 실시예들에서, 임의의 적절한 방법으로 상기 밀봉재가 상기 읽기 헤드와 캐리지 사이에 형성될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 에미터(412')와 분리된 "윈도우(window)" 또는 광학적으로 투명한 물질이 상기 표시 영역(560B)을 덮고 밀봉할 수 있다. 샤프트 방위(orientation), 평면 위치, 및 회전 위치와 관련한 피드백을 제공하기 위해, 모듈들(550A, 550B)은 컨트롤러(170)와 같은 컨트롤러와 적절하게 연결될 수 있다. 도면들에 나타난 예시적인 모듈들(550A, 550B)의 구성은 단지 예시적인 목적에 따른 것이며, 모듈들(550A, 550B)은 유도성 및 용량성 센서들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 종류의 센서들 및 구성들을 포함할 수 있음에 유의한다.

또한, 예를 들어, 모터들(208, 209)의 고정자들과 회전자들 사이의 하나 이상의 갭들(G1 내지 G4)을 측정하도록 인코더들(410A, 410B, 550A, 550B)이 구성될 수 있다. 예를 들어, 인코더들이 에어 갭들을 측정하는 것을 허용하도록 스케일(430A)이 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 인코더들은 임의의 적절한 방법으로 상기 에어 갭들을 측정하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 하나 이상의 갭들(G1 내지 G4)을 측정하기 위해, 추가적인 인코더들 또는 다른 피드백 장치들이 예를 들어 샤프트들(211, 212)과 인접하여 위치될 수 있다.

이제 도 13을 참조하면, 예를 들어 드라이브 샤프트들(211)에 대한, 예를 들어 회전 위치, 축형 위치, X-Y 평면 위치 및/또는 갭을 감지하기 위한 다른 예시적인 센서 구성(1100)이 나타난다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 센서 구성(1100)은 비침투성 센서(noninvasive sensor)로 구성되고, 따라서 예를 들어, 분위기 환경으로부터 진공 환경을 고립시키는 예를 들어 장벽(210) 내의 광학 표시 영역들 또는 피드스루들(feedthroughs)이 필요하지 않다.

예를 들어, 도 13의 센서 구성(1100)은, (예를 들어, 회전자 또는 드라이브 샤프트로 첨부될 수 있는) 강자성 타겟(ferromagnetic target, 1100)로부터 변환기(transducer) 또는 읽기 헤드 프레임으로의 거리를 결정하기 위한 자성 회로 법칙들을 사용할 수 있다. 아래에서 더욱 구체적으로 설명될 바와 같이, 상기 강자성 타겟은 임의의 적절한 윤곽(예를 들어, 회전자 드라이브의 경우 굽은 윤곽 또는 선형 드라이브들의 경우 평평한 윤곽)을 가질 수 있고, 그 내에 매몰된 임의의 적절한 프로파일(들) (profile(s))을 가질 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 상기 변환기 또는 읽기 헤드(1120)는 강자성 부재(1122), 영구 자석(1123), 자성 센서들(1124A 내지 1124D) 및 탑재 기판(1125)을 포함할 수 있다. 상기 영구 자석(112)은, 예를 들어 도 13에 나타난 실린더 형태와 같은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 상기 영구 자석(112)의 극들(poles)은 그들이 상기 탑재 기판과 평행하도록 향할 수 있지만, 다른 실시예들에서, 상기 극들은 임의의 적절한 방법으로 향할 수 있다. 상기 자성 센서들(1124A 내지 1124D)은 홀 효과 센서들, 리드 스위치들(reed switches), 자기저항들(magnetoresistors)을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 자성 센서들일 수 있다.

예를 들어, 강자성 부재(1122)는 도 13에 나타난 컵 모양과 같은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 영구 자석(1123)에 대하여 상기 컵 모양이 영구 자석(1123)과 동일한 중심을 가지도록, 상기 강자성 부재(1122)는 상기 영구 자석에 따라 위치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 강자성 부재(1122)는 상기 영구 자석(1123)에 대해 임의의 적절한 위치 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 자력(magnetic attraction), 기계적 고정물질들, 및/또는 접착제들을 통한 것과 같은 임의의 적절한 방법으로, 상기 영구 자석(1123)은 상기 강자성 부재(1122)의 중심과 연결될 수 있다. 특정 경로를 따라 균일한 밀도로 자속이 형성되는 경우 자성 회로(magnetic circuit)가 생성되도록, 상기 영구 자석(112) 및 상기 강자성 부재가 구성될 수 있다. 도 13에 나타난 예시적인 실시예에서, 자속 밀도는 원(1127)을 따라 균일할 수 있다.

이 예에서, 원(1127)에 의해 지시된 균일한 자속 경로를 따라 네 개의 자성 센서들(1124A 내지 1124D)이 위치되고, 따라서 그들의 출력들은 실질적으로 동일하다. 다른 실시예들에서, 임의의 적절한 수의 자성 센서들이 상기 균일한 자속 경로를 따라 위치될 수 있음에 유의하여야 한다. 출력 신호(1128)의 품질을 최적화하기 위해, 상기 자속 센서들의 출력들은 상기 센서 출력 신호들을 처리하는 임의의 적절한 컨디셔닝 회로(conditioning circuit, 1126)로 전달될 수 있다. 읽기 회로(1120) 내 자성 센서들의 수를 증가시킴으로써, 상기 읽기 회로(1120)의 신호 무결성이 증가될 수 있음에 유의하여야 한다. 다른 실시예들에서, 유속 밀도 선들(flux density lines)에 대해 교번하는 방위들을 가지는 쌍으로, 상기 자성 센서들이 배치될 수 있다. 센서들의 쌍들은 각각 차동 출력을 제공하고, 상기 차동 출력은 읽기 회로로부터 신호를 읽을 임의의 적절한 장치로의 신호 전달에 대한 신호 무결성을 개선시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 자성 센서들은 임의의 적절한 방법으로 배치될 수 있다.

*동작 중 읽기 헤드(1120) 전면에 강자성 타겟(1110)을 위치시키는 것은 자성 센서들(1124A 내지 1124D)에 의해 감지된 자속 밀도 벡터를 변화시킬 수 있고, 따라서 상기 자성 센서들(1124A 내지 1124D)의 출력 신호(1128)가 수정될 수 있다. 상기 강자성 타겟(1110)과 상기 읽기 헤드(1120) 사이의 거리 또는 갭(1130)은 상기 출력 신호(1128) 값에 영향을 미침에 유의한다. 또한, 읽기 헤드(1120)의 동작 범위(예를 들어, 거리(1130))를 최대화하기 위해, 영구 자석(1123) 및 강자성 부재(1122)의 형상이 최적화될 수 있음에 유의한다.

예를 들어, 도 14에 나타난 비-침투 방법으로, 장벽(210)을 통해 회전자(1200R)와 고정자(1200S) 사이의 갭을 감지할 수 있도록, 도 13의 예시적인 실시예의 센서가 구성될 수 있다. 도 14는, 도 13에서 상술한 센서 구성의 부분의 개략적인 도시를 나타낸다. 이 예시적인 실시예에서, 강자성 타겟은 회전자 지지부(1210)일 수 있지만, 다른 실시예들에서, 상기 타겟은 임의의 적절한 강자성 타겟일 수 있다. 상기 읽기 헤드(1120)는 상기 회전자 지지부(1210)와 상호작용할 수 있고, 따라서 상기 자속 선들은 읽기 헤드(1120)로부터 장벽(210)을 통해 상기 회전자 지지부(1210)으로 통과하고, 센서(1124)로 돌아간다. 예를 들어, 센서 신호는 상기 신호를 읽고 갭(1130) 크기를 결정하는 컨트롤러(170)와 같은 임의의 적절한 전자장치들로 전송될 수 있다.

이제 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 예시적인 실시예에 따라, 다른 예시적인 센서 피드백 시스템이 도시된다. 도 14a에 나타난 바와 같이, 센서 시스템은 강자성 타겟(1340) 및 세 개의 센서들(1350, 1370)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 피드백 시스템은 세 개 이상 또는 이하의 센서들을 포함할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 강자성 타겟은 회전자 지지부일 수 있지만, 다른 실시예들에서, 상기 타겟은 임의의 적절한 강자성 타겟일 수 있다. 도 14b에 잘 나타난 바와 같이, 이 예에서의 상기 강자성 타겟(1340)은 회전자(1300R)로서 구성되고, 단지 예시적인 목적으로, 예를 들어 상기 회전자는 도 4a 및 도 4b에서 상술한 모터로 활용될 수 있다. 상기 회전자 지지부(1340)는 상기 회전자 지지부(1340)의 표면 내 매몰된 여러 프로파일들을 가질 수 있다. 이 예에서, 절대 추적 프로파일(absolute track profile, 1330) 및 증가 추적 프로파일(incremental track profile, 1310)이 지지부(1340) 내로 매몰되거나 형성된다. 상기 절대 및 증가 추적 프로파일들(1330, 1310)은 회전자(1300R)의 위치를 적절히 추적하기 위한 임의의 적절한 프로파일(예를 들어, 랜드들(lands), 그루브들(grooves), 리세스들(recesses) 등)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 회전자(1300R)는 임의의 적절한 프로파일들의 구성을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 프로파일들은 상기 회전자(1300R)로부터 분리되어 제공될 수 있고, 드라이브 영역 내 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다. 또한, 강자성 타겟이 회전자 지지부와 같이 설명된 반면에, 상기 강자성 타겟은 회전자로부터 분리될 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어 여기에 설명된 예시적인 실시예의 드라이브 샤프트 상의 임의의 적절한 위치에, 예를 들어 상기 강자성 타겟이 부착될 수 있다.

센서들(1350 내지 1370)은 서로가 실질적으로 유사할 수 있고, 상술한 읽기 헤드(1120)와 유사할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 센서들(1350 내지 1370)은 임의의 적절한 센서들일 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 센서들(1350 내지 1370)은 각 센서가 다른 센서 읽기(sensor reading)를 제공하도록 회전자(1300R)에 대하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 절대 위치 센서를 형성하기 위해, 상기 센서(1350)는 상기 절대 추적 프로파일(1330)을 따라 정렬될 수 있다. 갭 센서를 형성하기 위해, 회전자 지지부(1340)의 프로파일되지 않은 표면(non-profiled surface, 1320)과 접속하도록 센서들(1360)이 정렬될 수 있다. 증가 위치 센서를 형성하기 위해, 센서들(1370)은 증가 트랙 프로파일(1310)에 따라 정렬될 수 있다. 다른 실시예들에서, 임의의 적절한 위치 정보를 제공하기 위해, 각각의 자석 타겟을 따라 상기 센서들이 구성될 수 있다. 2008년 6월 27일 출원된 "POSITION FEEDBACK FOR SELF BEARING MOTOR"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 제 12/163,984 호, 대리인 일람 번호 제 390P012912-US(PAR) 호인 출원에 예시적인 실시예들의 드라이브 영역들에 사용하기 위한 다른 적절한 피드백 시스템들이 설명되며, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다.

또한, 예를 들어, 캐리지(205)는 Z-방향을 따라 상기 캐리지(205)의 위치를 감지하기 위한 도 11에 나타난 센서(410C)와 같은 임의의 적절한 센서를 포함할 수 있음에 유의한다. 상기 센서(410C)는 센서들(410A, 410B)와 실질적으로 유사할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 센서(410C)는 여기에 설명된 센서들을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 구성을 포함하는 임의의 적절한 센서일 수 있다.

다시 도 11을 참조하면, 이송 장치(예를 들어, 이송(800))의 전원이 꺼지거나 전원을 잃은 경우와 같이 모터들(208, 209)의 와인딩들이 충전되지 않은 경우, 모터들/자성 스핀들 베어링들(208, 209)은 샤프트들(211, 212)을 지지하지 않을 수 있음에 유의한다. 와인딩들이 충전되지 않은 경우, 샤프트들(211, 212)이 임의의 적절한 방법으로 지지되도록 캐리지(205) 및/또는 샤프트들(211, 212)이 구성될 수 있다. 도 11에 나타난 바와 같은 일 예시적인 실시예에서, 상기 캐리지(205)는 지지 표면(421A)을 포함할 수 있고, 외측 표면(211)은 임의의 적절한 방법으로 상기 샤프트와 연결된 지지 멤버(421B)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 지지 멤버(421B)는 샤프트(211)와 함께 일체의 구성일 수 있다. 와인딩들(208B1, 208B2)의 전원이 끊어짐에 따라 상기 외측 샤프트(211)는 하강할 수 있고, 따라서 상기 지지 멤버(412B)는 지지 표면(421A)에 안착한다. 상기 지지 표면(421A) 및 지지 멤버(421B)의 형상 및/또는 구성은 상기 와인딩들(208B1, 208B2)이 충전되지 않는 경우 샤프트(211)를 안정적으로 지지하기 위한 임의의 적절한 형상 및/또는 구성일 수 있음에 유의한다.

또한, 상기 샤프트(211)는 지지 표면(420A)을 포함할 수 있고, 내측 샤프트(212)는 지지 멤버(420B)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 상기 내측 샤프트(212)의 지지 멤버(420B)는 샤프트(212)와 함께 일체의 구성으로서 나타나지만, 다른 실시예들에서 상기 지지 멤버(420B)는 임의의 적절한 방법으로 상기 샤프트(212)와 연결된 별개의 멤버일 수 있다. 와인딩들(209B1, 209B2)의 전원이 끊어짐에 따라, 상기 내측 샤프트(211)를 지지하기 위해 상기 내측 샤프트는 하강할 수 있고, 따라서 상기 내측 샤프트의 상기 지지 멤버(420B)는 상기 외측 샤프트(211)의 지지 표면(420A)과 상호작용한다. 상기 지지 표면(420A) 및 지지 멤버(420B)의 형상 및/또는 구성은 와인딩들(209B1, 209B2)이 충전되지 않는 경우 샤프트(212)를 안정적으로 지지하기 위한 임의의 적절한 형상 및/또는 구성일 수 있다.

도 11에 나타난 지지 표면들 및 지지 멤버들은 단지 예시적인 목적의 것이고, 이동의 전원이 끊긴 상태인 경우 임의의 적절한 방법으로 샤프트들(211, 212)이 지지될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 볼 베어링들, 롤러 베어링들, 및/또는 적절한 부싱들(bushings)을 포함하며 이들에 제한되지 않는 임의의 적절한 지지들에 의해 상기 샤프트들이 지지될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 외측 및 내측 샤프트들(211, 212)와 인접한 캐리지 내에 영구 자석들이 위치될 수 있다. 상기 캐리지의 상기 영구 자석들은 샤프트들(211, 212) 상에 위치된 각각의 영구 자석들과 상호작용할 수 있고, 따라서 이송의 전력이 끊어질 경우 상기 샤프트들(211, 212)이 지지될 수 있다. 영구 자석들이 샤프트들(211, 212)을 지지하도록 사용될 경우, 와인딩들(208Bl, 208B2, 209Bl, 209B2)은 상기 영구 자석에 의해 생성되는 자기력을 극복할 수 있는 충분한 전력을 가질 수 있고, 따라서 여기에 설명된 바와 같이 상기 샤프트들의 회전의 중심이 위치될 수 있음에 유의한다.

이제 도 15 내지 도 17을 참조하면, 예시적인 실시예들의 예시적인 동작이 설명될 것이다. 상술한 바와 같이, 샤프트들(211, 212)은 임의의 적절한 방법으로 이송 장치의 암 링크들과 연결될 수 있다.

도 15에서 잘 나타난 바와 같이, 방사형 및/또는 접선의 힘들을 생성하기 위해, 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(170))는 고정자들(208S, 209S)의 모터 와인딩들을 충전하도록 구성될 수 있고, 따라서 회전자들(208R, 209R)은 Z-축을 따라 각도 α 만큼 기울어짐으로써, 예를 들어, 도 15에 나타난 바와 같이 샤프트들(211, 212)의 세로 중심선(longitudinal centerline, C1, C2)이 캐리지(205) 및/또는 고정자들(208S, 209S)의 중심선(Z1)에 대하여 기울어지는 것을 야기한다(즉, 스핀들(600)이 X 및/또는 Y 축들에 대하여 회전됨). 단지 예시적인 목적으로, 도 15에 나타난 바와 같이, 에어 갭들(G1 내지 G4)은 캐리지(205)의 밑바닥(205B)을 향하여 증가하고, 상기 에어 갭들은 X-Y 평면에 대한 기울기의 방향에 따라 증가하거나 감소할 수 있음에 유의하여야 한다. 상기 컨트롤러는 고정자들(208S, 209S)의 와인딩들을 충전하도록 구성될 수 있고, 따라서 암이 연장되거나 축소됨에 따라 상기 에어 갭들(G1 내지 G4) 및 기울어짐 각도 α가 유지된다. 다른 실시예들에서, 상기 암이 연장되거나 축소된 이후 스핀들(600)을 기울이기 위해, 상기 와인딩들이 충전될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 스핀들(600)은 상기 암의 동작 동안 적절한 때에 임의의 점에서 기울어질 수 있다. 상기 기울어짐은, X-방향에서의 기울어짐(Rx), Y-방향에서의 기울어짐(Ry), 또는 X 및 Y 방향들 모두에서의 기울어짐과 같은 임의의 적절한 방향일 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 기울어짐의 각도는 고정자들(208S, 209S)과 회전자들(208R, 209R) 사이의 에어 갭들(G1 내지 G4)의 크기에 의해서만 제한될 수 있다.

또한, 도 16에서 나타난 바와 같이, 샤프트들(211, 212)의 중심선(즉, 스핀들(600))이 Z축과 평행을 유지하도록 스핀들(600)이 X-Y 평면 내 변환되기 위해, 와인딩들이 충전될 수 있다. 도 16에 나타난 예에서, 예를 들어, 캐리지(205)의 중심선(Z1) 또는 드라이브 시스템 내 임의의 다른 적절한 위치로부터, 샤프트들의 회전의 세로 중심선 또는 중심이 거리(D)만큼 이동된다. 도 16에 나타난 에어 갭들(G1 내지 G4)은 실질적으로 동일한 것으로 도시되지만, 상술한 바와 같이, 고정자들/회전자들의 주변 상의 어느 지점에서 상기 에어 갭이 측정되는지에 따라, 상기 에어 갭들이 다를 것임에 유의하여야 한다. X-Y 평면 내 스핀들에 의해 이동된(예를 들어, X-Y 변환) 거리(D)는 상기 에어 갭들(G1 내지 G4)의 크기에 의해서만 제한될 수 있다.

상기 X-Y 변환 및/또는 그와 연결된 암(800) 및 스핀들 어셈블리(600)의 기울어짐은 상기 암(800)의 위치를 미세 조정하는데 활용될 수 있고, 따라서 단부 이펙터(830) 상에 위치된 기판(S)은, 예를 들어 상기 기판을 처리 및/또는 저장하는데 사용되는 기판 처리 챔버, 로드 락(load lock), 정렬기, 기판 카세트 또는 임의의 다른 적절한 기기 내에 또는 상에 적절하게 공간적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 17을 참조하면, 이송(900) 및 기판 스테이션(910)의 개략적인 도시가 나타난다. 상술한 바와 같이, 상기 이송은 스핀들 어셈블리(600) 및 암(800)을 포함한다. 상기 기판 스테이션(910)은 예를 들어 기판 정렬기와 같은 지지, 저장, 및/또는 기판의 처리를 위한 임의의 적절한 스테이션일 수 있다. 예를 들어, 이 예에서, 스핀들(600')의 중심선이 기판 스테이션(910)의 기판 수용 평면(substrate seating plane, 911)과 수직하지 않도록(예를 들어, 상기 스핀들과 고정자들 사이의 에어 갭이 실질적으로 균일한 경우) 상기 이송이 탑재될 수 있다. 그러한 경우, 암(800)의 단부 이펙터(830) 상에 위치된 기판(S)은 기판 수용 평면(911)과 평행하지 않을 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 상기 기판이 기판 스테이션(910) 상에 위치될 경우 상기 기판(S)이 상기 기판 수용 평면(911)과 실질적으로 평행하도록 X-Y 평면 내 각도 α만큼 상기 스핀들을 기울이기 위해, 이송(900)의 모터들의 와인딩들이 충전될 수 있다. 또한, 상기 기판 스테이션(910)에 대하여 상기 단부 이펙터 및 상기 단부 이펙터 상으로 운반된 상기 기판(S)의 방위 및/또는 위치를 미세 조정하기 위해, 상기 스핀들 어셈블리(600)가 X 및/또는 Y 방향들로 변환될 수 있음에 유의한다. 또한, 기판을 위치시키는 경우 스핀들의 기울기를 보상하기 위해, 상기 기판이 이동되는 방향으로 스핀들을 기울이는 것 및 예를 들어 Z-방향으로 상기 기판을 이동시키는 것에 의해, X 및/또는 Y 방향으로의 기판의 이동이 영향 받을 수 있음에 또한 유의한다. 단부 이펙터의 방위 및/또는 위치를 미세 조정에서, 상기 단부 이펙터는 기판 수용 표면과 실질적으로 평행하게 레벨되거나(leveled) 만들어지고, 예를 들어, 로봇 암을 회전시키거나, 연장시키거나, 또는 축소시킴이 없이 X-Y 평면 내에서 상기 단부 이펙터의 위치가 조절될 수 있다. 또한, 암의 휘어짐(sag)을 보상하거나 임의의 다른 적절한 목적을 위해, 스핀들 어셈블리의 중심전의 제어를 통한 상기 단부 이펙터 위치의 미세 조정이 활용될 수 있다.

또한, 도 17에 나타난 기판 스테이션(910)은 도 15 내지 도 17에 따라 상술한 것과 실질적으로 유사한 드라이브 시스템을 포함할 수 있고, 따라서 예를 들어 정렬기 모터의 드라이브 샤프트에 부착된 상기 기판 수용 표면은 여기에 설명된 바와 같이 기울어지고 및/또는 이동될 수 있다.

예를 들어, 여기에 설명된 예시적인 실시예들의 드라이브 영역들은 X, Y, Z, Rx, Ry, Rz1 및 Rz2를 포함하는 7개의 자유도를 포함한다. 일 예시적인 실시예에서, Rz1 및 Rz2는 샤프트들(211, 212)의 회전과 각각 관련된다. X, Y, Rx 및 Ry는 스핀들(600)의 위치 및/또는 기울어짐과 관련된다(즉, 회전자들(208R, 209R)의 위치를 오프셋(offset) 시킴). Z는 Z-방향을 따른 캐리지(205)(및 암(800))의 이동과 관련된다. 일 실시예에서, 두 개의 모터들(208, 209)에 의해 6개의 자유도가 제공되는 반면, Z-드라이브 유닛(220)에 의해 7번째 자유도가 제공된다. 도 11d 내지 도 11f에 나타난 것과 같은 다른 실시예들에서, 상기 두 개의 모터들에 의해 7개의 자유도가 제공되는 반면, Z 드라이브 유닛에 의해 8번째 자유도가 제공된다.

상술한 바와 같이, 예시적인 드라이브들의 자유도의 개수는 7개에 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 예시적인 실시예들에 따른 드라이브 영역들은 7개 이상 또는 이하의 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 이송 장치는 이동 가능한 캐리지 상에 탑재될 수 있고, 상기 이동 가능한 캐리지는 전체의 이송이 1차원, 2차원 또는 3차원의 방향으로 이동되는 것을 허용한다. 다른 예들에서, 드라이브 시스템은 두 개 이상 또는 이하의 드라이브 샤프트들을 포함할 수 있다.

드라이브 유닛의 이러한 복수개의 자유도는, 이송과 기판 스테이션 사이의 임의의 정렬불량 및/또는 기판 이송의 외팔보 효과들에 의한 임의의 왜곡(deflection)을 보상하는 반면, 기판들의 미세 레벨링 및 위치를 허용할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들의 드라이브 영역에 의해 제공된 자성 스핀들 베어링들은 무윤활(lubrication free) 회전형 스핀들을 제공할 수 있고, 따라서 임의의 미립자들이 기판 처리 영역 내로 도입되는 가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들의 자성 스핀들 베어링들은, 드라이브 영역의 스핀들을 윤활시키는데 사용될 수 있는 그리스 또는 다른 윤활제들에 의해 야기된 탈기체의 가능성을 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 로봇 이송 또는 기판 정렬기를 포함하며 이들에 제한되지 않는 다른 기기의 모터를 구동하기 위해, 예를 들어 여기에 설명된 예시적인 실시예들은 개별적으로 또는 조합되어 임의의 적절한 방법으로 활용될 수 있음에 유의한다. 비록 회전형 모터들에 대하여 예시적인 실시예들이 여기에 설명되었지만, 상기 예시적인 실시예들은 선형 모터 시스템들을 구동하는 데에도 동일하게 적용될 수 있음에 유의한다.

전술한 설명들은 실시예들을 도시하는 것일 뿐임이 이해되어야 한다. 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 실시예들로부터 이탈되지 않은 다양한 대체물들 및 수정들이 고안될 수 있다. 따라서, 본 실시예들은 그러한 대체물들 및 수정들 및 변화들 모두를 포함하도록 의도된 것으로서, 이들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 해당한다.

Claims (13)

1. 프레임;
   상기 프레임 내에 탑재되며, 제1 모터 영역 및 적어도 하나의 고정자 베어링 영역을 포함하는 적어도 하나의 고정자; 및
   접촉 없이, 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역에 의해 자기 지지되는 동축 스핀들을 포함하고,
   상기 동축 스핀들의 각 드라이브 샤프트는 회전자를 포함하며,
   상기 회전자는 제2 모터 영역 및 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역과 연계되도록 구성된 적어도 하나의 회전자 베어링 영역을 포함하고,
   상기 동축 스핀들의 각각의 드라이브 샤프트의 상기 적어도 하나의 고정자 및 상기 회전자는 각각의 드라이브 샤프트의 적어도 하나의 드라이브 모터를 형성하고,
   각각의 드라이브 샤프트의 대응하는 드라이브 모터의 상기 제1 모터 영역은 각각의 드라이브 샤프트의 상기 대응하는 드라이브 모터의 상기 제2 모터 영역과 연계되도록 구성되어, 소정의 축에 대한 상기 동축 스핀들의 각각의 드라이브 샤프트의 회전에 영향을 미치고,
   각각의 드라이브 샤프트의 상기 대응하는 드라이브 모터의 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역은, 각각의 드라이브 샤프트의 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역의 결합(combination)이 함께 각각의 드라이브 샤프트의 상기 대응하는 드라이브 모터의 적어도 하나의 고정자와 상기 적어도 하나의 회전자 사이의 에어 갭(air gap)의 변동에 의해 상기 동축 스핀들과 연결된 기판 이송 암 단부 이펙터의 레벨링(leveling)에 영향을 미치도록 구성되고,
   상기 에어 갭의 상기 변동은 각각의 드라이브 샤프트의 상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역의 독립적인 제어에 의해 영향받고, 그에 따라 상기 동축 스핀들의 상기 소정의 축이 상기 프레임의 중심선에 대해 기울어지는, 기판 이송 암용 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역은, 상기 적어도 하나의 고정자의 중심선에 대한 소정의 회전 축(axis of rotation)의 각 방위(angular orientation)를 적어도 변화시키기 위해, 상기 적어도 하나의 회전자 베어링 영역과 연계되도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프레임은 하우징 내에 위치되고,
   선형 구동 영역은 상기 하우징 내에서 상기 프레임과 연결되며, 상기 하우징 내의 상기 프레임을 선형 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 고정자 및 회전자는 서로 고립되고,
   상기 적어도 하나의 고정자는 제1 환경에서 동작하며,
   상기 회전자는 제2 환경에서 동작하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 소정의 회전 축의 평면 위치 및 상기 소정의 회전 축의 각 방위를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함하는 드라이브 영역 피드백 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 동축 스핀들은 적어도 두 개의 드라이브 샤프트들을 포함하고,
   상기 드라이브 샤프트들 각각은 회전자를 포함하며,
   상기 적어도 하나의 고정자는 적어도 두 개의 고정자들을 포함하고,
   상기 적어도 두 개의 고정자들 각각은 상기 회전자들 중 대응하는 것과 연계되고, 상기 소정의 회전 축의 각 방위의 변화를 야기하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 고정자 베어링 영역은 상기 회전자 베어링 영역과 연계되고, 상기 기판 이송 암 단부 이펙터의 평면 위치를 미세 조정하도록 상기 적어도 하나의 고정자의 중심선으로부터 상기 동축 스핀들의 중심선을 축의 방향으로 오프셋(offset) 시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 동축 스핀들의 중심선을 축의 방향으로 오프셋 시키는 것은 상기 단부 이펙터의 평면 위치 조절에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 고정자는 두 개의 고정자들을 포함하고,
   상기 동축 스핀들은 두 개의 드라이브 샤프트들을 포함하며,
   상기 드라이브 샤프트들 각각은 대응하는 회전자를 포함하고,
   상기 두 개의 고정자들 및 상기 대응하는 회전자들은 상기 장치에 6개의 자유도를 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정자는 두 개의 고정자들을 포함하고,
    상기 동축 스핀들은 두 개의 드라이브 샤프트들을 포함하며,
    상기 드라이브 샤프트들 각각은 대응하는 회전자를 포함하고,
    상기 두 개의 고정자들 및 상기 대응하는 회전자들은 상기 장치에 7개의 자유도를 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 암용 장치.
11. 적어도 하나의 기판 지지를 포함하는 적어도 하나의 이송 암; 및
    동축 드라이브 샤프트들을 포함하는 드라이브 영역을 포함하고,
    상기 동축 드라이브 영역은, 접촉 없이 상기 동축 드라이브 샤프트들 중 하나를 지지하도록 구성된 제1 드라이브 모터 및 상기 제1 드라이브 모터에 대하여 방사형으로 배치된 제2 드라이브 모터를 포함하며,
    상기 제1 드라이브 모터 및 상기 제2 드라이브 모터 중 하나는 상기 제1 드라이브 모터 및 상기 제2 드라이브 모터 중 다른 하나를 둘러싸고,
    상기 제2 드라이브 모터는 접촉 없이 상기 동축 드라이브 샤프트들 중 다른 하나를 지지하도록 구성되며,
    상기 제1 및 제2 드라이브 모터들은, 상기 동축 드라이브 샤프트들 중 대응하는 것의 회전을 통해 기판 고정 위치에 대해 상기 적어도 하나의 기판 지지를 위치시키기 위해 상기 적어도 하나의 이송 암을 동작시키도록 구성되고, 그에 따라 상기 동축 드라이브 샤프트들 각각의 적어도 하나의 고정자 베어링 영역의 결합(combination)은 함께, 조화를 이루어, 상기 동축 드라이브 샤프트들의 축 이동에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 드라이브 모터 및 상기 제2 드라이브 모터는 상기 드라이브 영역에 6개의 자유도를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 드라이브 모터 및 상기 제2 드라이브 모터는 상기 드라이브 영역에 7개의 자유도를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.

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