TW201429653A - 振動控制的基板傳送機械臂、系統及方法 - Google Patents

Abstract

本文之實施例揭示了振動控制的機械臂設備。設備包括機械臂，該機械臂具有可經操作以輸送基板之端效器；耦接至機械臂之感測器，該感測器可經操作以在機械臂輸送基板時感測振動，及操作該機械臂以減少支撐基板之端效器之振動。在一些實施例中，馬達驅動電路中提供一濾波器以過濾導致端效器不利振動之一或更多個頻率。本文亦提供振動控制系統及操作該系統之方法，及其他態樣。

Description

振動控制的基板傳送機械臂、系統及方法 【相關申請案】

本申請案主張申請於2012年11月30日、名為「振動控制的基板傳送機械臂、系統及方法(VIBRATION-CONTROLLED SUBSTRATE HANDLING ROBOT,SYSTEMS,AND METHODS)」(代理人案號17 49 0USA/L/FEG/SYNX/CROCKER S)之美國臨時專利申請案第61/731,816號之優先權，該申請案以引用之方式全部併入本文中以用於各種用途。

本發明大體係關於基板傳送系統，更特定而言，係關於基板傳送機械臂及操作該基板傳送機械臂之方法。

習用之電子裝置製造系統可包括多個處理腔室及一或更多個負載鎖定腔室。該等腔室可被包括在群集工具中，在該群集工具中，複數個處理腔室例如可圍繞一移送室而分佈。該等系統及工具可採用可經安放在移送室中之移送機械臂以在各個處理腔室與一或更多個負載鎖定腔室之間輸送基 板(例如，經圖案化或未圖案化之半導體晶圓、玻璃面板、聚合物基板、網線(reticule)、遮罩、玻璃板，或類似物)。

例如，移送機械臂可將基板自處理腔室輸送至處理腔室，自負載鎖定腔室輸送至處理腔室，或反之亦然。當移送機械臂傳送基板時，可能由於例如基板在移送機械臂之組件上滑動而產生顆粒。在基板輸送期間所實施之法線路徑移動期間，水平基板加速可能誘發基板發生滑動。此輸送可在移送機械臂之端效器上進行，及在端效器上滑動之基板可產生顆粒。大體而言，顆粒之產生係不利的，因為顆粒可污染製造環境及有可能對所製造之基板產生負面影響。

由此，需要一種基板傳送機械臂，該機械臂賦能基板之快速移動，同時減少顆粒之產生。

在第一態樣中，提供一種振動控制的機械臂設備。振動控制的機械臂設備包括具有可經操作以輸送基板之端效器之機械臂、耦接至該機械臂及可經操作以在機械臂輸送基板時感測振動之感測器，及可經操作以減少機械臂振動之濾波器。

根據另一態樣，提供一種機械臂振動之減少方法。機械臂振動之減少方法包括利用機械臂之端效器支撐基板、提供耦接至機械臂之感測器、在機械臂輸送基板時利用感測器偵測機械臂之振動、決定發生不利振動量之一或更多個條件，及將機械臂之端效器之至少一些振動降至最少。

在又一態樣中，提供一種振動控制的基板輸送系 統。振動控制的基板輸送系統包括腔室、經收納在腔室中及具有可經操作以輸送基板之端效器之機械臂，及耦接至機械臂之感測器，該感測器可經操作以在機械臂支撐基板時偵測機械臂之振動。

根據本發明之該等實施例及其他實施例而提供數個其他態樣。本發明之實施例之其他特徵及態樣將在下文之詳細描述、所附之專利申請範圍，及附圖中更為充分地顯而易見。

100‧‧‧振動控制的基板輸送系統

102‧‧‧移送室

104‧‧‧處理腔室

105‧‧‧基板

106‧‧‧負載鎖定腔室

108‧‧‧機械臂

110‧‧‧上臂

112‧‧‧前臂

114‧‧‧腕部部件

116‧‧‧端效器

118‧‧‧機械臂控制器

119‧‧‧振動控制器

120‧‧‧箭頭

121‧‧‧I/O模組

122‧‧‧箭頭

124‧‧‧箭頭

126‧‧‧機械臂基座

128‧‧‧平移軸線

132‧‧‧虛線框

134‧‧‧箭頭

136‧‧‧基板載體

137‧‧‧箭頭

138‧‧‧負載埠

140‧‧‧感測器

141‧‧‧感測器

142‧‧‧機械臂外殼

146‧‧‧振動質量

148‧‧‧濾波器

239R‧‧‧旋轉馬達

239V‧‧‧豎式馬達

400‧‧‧控制模型

449‧‧‧類比/數位轉換器

450‧‧‧方塊

452‧‧‧方塊

453A‧‧‧線

453B‧‧‧線

454‧‧‧方塊

456‧‧‧機械臂伺服控制

500‧‧‧方法

502‧‧‧步驟

504‧‧‧步驟

506‧‧‧步驟

508‧‧‧步驟

第1圖圖示根據實施例之一振動控制的基板輸送系統之頂部示意圖。

第2圖圖示根據實施例之第1圖之振動控制的基板輸送系統之部分橫截面側視圖。

第3圖圖示根據實施例之一振動控制的基板輸送系統之另一部分橫截面側視圖。

第4A圖圖示根據實施例之一振動控制的基板輸送系統之方塊圖。

第4B圖圖示根據實施例之系統之振動控制模型之方塊圖。

第5圖圖示一流程圖，該圖繪示根據實施例之一種機械臂振動之減少方法。

電子裝置製造可涉及在多個位置之間進行極精密及快速之基板輸送。特定而言，該種機械臂需要能夠相對於該 機械臂所服務之腔室(例如，處理腔室或一或更多個負載鎖定腔室)而經精密定向。一或更多個端效器(有時被稱作「葉片」)可附接在機械臂端部之處及可經調適以將靜止在端效器上之一或更多個基板輸送至及輸送出處理腔室及/或基板處理系統之一或更多個負載鎖定腔室。需要儘可能快地移動基板，但將滑動及顆粒之產生降至最低。

儘管如此，在一些情況中，基板之滑動可在端效器上，特定而言，可在端效器之端效器墊上發生。該種基板滑動可經由執行法線移送運動曲線而因基板水平(例如，橫向)加速並結合有移送機械臂之振動而誘發。由於機械臂運動或其他來源而導致對基板賦予之垂直振動減少作用於基板上之法線力，及由此而減少對基板之摩擦力。因而，可能發生可導致顆粒之產生的滑動。由此，大體而言，顆粒之產生係不利的，因為此舉可污染基板、一或更多個負載鎖定腔室、處理腔室，及移送室，及可對所製造之基板及製造環境產生不利影響。因此，存在對具有經改良(亦即減少)之顆粒產生及/或甚至更加快速移動之能力的基板傳送機械臂的需要。

特定而言，目標是圍繞製造系統移動基板，同時將任何該移動痕跡(例如，顆粒)及/或在承載基板之端效器上之重新定位降至最少。機械臂設備之快速移動可導致不需要之端效器及靜止在該端效器上之基板之振動。該種振動可誘發在端效器接觸墊與基板之間之滑動及摩擦。例如，發明者已決定機械臂之法線操作運動(例如，橫向加速)及機械臂設備之端效器可導致機械臂設備之整體振動。該運動可激發 機械臂設備之振動模式，及由此導致靜止在端效器墊上之基板之振動。該振動中之一些振動可能垂直於端效器，此舉減少作用於基板上之法線力。機械臂振動之其他來源包括諸如馬達之內部工具激勵器、傳動驅動系統、泵、狹縫閥、其他機械臂，及外部激勵與次最佳化伺服控制。本文中所使用之次最佳化伺服控制意謂著用以操作機械臂之初始控制演算法不如在現場中所應用之演算法佳。

例如，機械臂設備之設定可源自對系統在已知環境中及工廠設定下之動態行為之理解。然而，一旦在現場，及作為實際系統中之一部分進行操作時，該等設定可能由於諸如溫度變更、皮帶鬆散、安裝差異等之環境因素而需要變更，以便機械臂之移動可再次得以最佳化。如上所述，機械臂振動與在執行法線運動曲線期間之基板垂直加速及移動相結合，可導致基板在端效器墊上滑脫或滑動。在一態樣中，基板在端效器墊上之任何移動皆為有問題的，因為需要將基板可靠地放置在處理腔室或負載鎖定腔室中之某個位置，及如若該基板之位置自端效器上之所需位置移動離開，則該基板可能在此後未經準確放置。

此外，基板加速及滑動可產生不需要之顆粒產生。顆粒產生如上所述是不利的。習用之機械臂設備可使用位置回授，例如在基板中心定位系統中使用位置回授，以感測端效器上之基板之運動(例如，由於滑動而重新定位)。然而，該位置回授不提供任何振動指示或解決顆粒之產生。

本發明之實施例提供用於減少機械臂振動之設備、 系統，及方法。特定而言，本發明之實施例提供一振動控制的機械臂設備以減少機械臂振動，及因此而減少定位於該機械臂上之基板之振動。此舉可減少基板滑動及由此減少顆粒產生，亦即由於摩擦而導致的顆粒產生。經改良之振動控制的機械臂設備可經操作以藉由調整產生振動之機械臂運動之一或更多個態樣來減少基板處之振動。特定而言，振動控制的機械臂設備可以一方式操作使得該設備不在一或更多個導致不利振動之特定頻率下操作，或至少以該種振動得以減少之方式進行操作。

下文中參考第1-5圖描述振動控制的機械臂設備、振動控制的基板輸送系統，及減少機械臂振動之方法之該等實施例及其他實施例。該等圖式未必按照比例繪製。類似之元件符號在整篇說明書中用以標誌類似之元件。

現詳細參看第1-4B圖，圖示了可用於根據本發明之實施例之在電子裝置製造中之多個腔室之間輸送基板(經圖案化或未圖案化之半導體晶圓、玻璃面板、聚合物基板、網線、遮罩、玻璃板，或類似物)之基板輸送系統100。基板輸送系統100可包括以虛線圖示邊界壁面之真空移送室102，及耦接至移送室102之一或更多個處理腔室104及/或一或更多個負載鎖定腔室106(每一者亦以虛線圖示)。在多個處理腔室104內在一或更多個基板(例如，基板105)上可發生多個製程，諸如，沉積、氧化、硝酸處理、蝕刻、研磨、清潔、微影術，或類似製程。該等製程中可執行其他製程。

諸如習用之SCARA(「選擇適應性裝配機械臂」 (Selective Compliance Assembly Robot Arm))機械臂之機械臂108可用以在各別腔室104、106(例如，處理腔室至處理腔室，處理腔室至負載鎖定腔室，或反之亦然)之間輸送基板105。機械臂108可包括可圍繞肩部軸線(圖示在X軸與Y軸相交之處)旋轉之上臂110、可圍繞上臂110之外端端部上之肘部軸線旋轉之前臂112，及可圍繞位於前臂112之外端端部處之腕部部件軸線旋轉之腕部部件114。端效器116可藉由任何適合手段(例如藉由螺栓、螺釘，或其他機械扣件或類似物)附接於腕部部件114。

例如，為了將端效器116延伸至處理腔室104及自處理腔室104中收縮，控制機械臂108之操作之機械臂控制器118可使上臂110如箭頭120所示在由第1圖中所示之X軸與Y軸界定之X-Y平面內圍繞肩部軸線旋轉。此旋轉可為例如經由高達約+/-180度偏移之角度的順時針(用於收縮)旋轉或逆時針(用於延伸)旋轉。利用習用之SCARA機械臂，前臂112可經調適以在收縮中如箭頭122所示以一方向旋轉，及在延伸中以相反方向旋轉。利用習用之傳動裝置，前臂112之旋轉可使腕部部件114在收縮中如箭頭124所示相對於前臂112而旋轉，及在延伸中以相反方向旋轉。當習用之SCARA機械臂用作機械臂108時，端效器116可沿連接上臂110之肩部軸線與腕部部件114之腕部軸線之平移軸線128來相對於機械臂基座126移動，其中，本實施例中之平移軸線128在圖示之定向上與Y軸重合。由此，在完成延伸及收縮運動時，可提供端效器116之無旋轉純平移。此外，基板 105可藉由機械臂108沿箭頭137旋轉臂110、112與腕部部件114之總成之動作而自一處理腔室104移至另一處理腔室104，或自處理腔室104移至負載鎖定腔室106，或自負載鎖定腔室106移至處理腔室104。儘管圖示一SCARA機械臂，但應理解，本發明可適用於其他類型之機械臂。而且，本發明可適用於附接有一個以上之端效器之機械臂。

更詳細而言，處理腔室104及負載鎖定腔室106中之每一者可由機械臂108服務，由此，基板105可自多個腔室104、106中拾取及被放入該多個腔室中。如應認識到，每一處理腔室104可包括基板(例如，基板105)，及機械臂108可連續執行拾取及放置操作以在多個腔室104、106之間移動基板105以在該等基板上執行處理。

更詳細而言，端效器116自一腔室(例如，腔室104)中收縮，該腔室中具有靜止在端效器116上之一基板105。機械臂108一旦收縮，整個機械臂108可沿箭頭137圍繞基座126旋轉。隨後，機械臂上臂110、前臂112、腕部114可經致動以將端效器116及靜止在該端效器上之基板105傳送至另一腔室(例如，腔室104或腔室106)。在執行該等運動曲線之時，端效器116及靜止在端效器中之基板105經受可能導致滑動及顆粒之產生之振動。

概括而言，基板(例如基板105)可藉由大體標示為虛線框132之另一機械臂而經移送至負載鎖定腔室106，該另一機械臂可位於工廠介面134之腔室中。基板在工廠介面134內之移送可能來自停泊在例如負載埠138處之基板載體 136。基板在基板載體136、負載鎖106，及處理腔室104中之可能位置如虛線圓圈所示。

現請參看第2-3圖，圖示了振動控制的基板輸送系統100之數個示例性實施例之示意性側視圖。機械臂108可包括上臂110、前臂112，及腕部部件114，該機械臂108經圖示處於完全延伸定向，該定向藉由以下方法服務處理腔室104：將端效器116(與參考第1圖之描述相同)插入處理腔室104以使得基板105可藉由升舉銷或另一適合之平臺機構(未圖示)而升舉離開端效器116。在腔室(腔室104或腔室106)內之放置(基板之放置)或拾取(基板之移除)可視情況地由機械臂108之Z軸功能而完成，藉此，機械臂108有能力在Z軸上(例如，垂直地)降低及升高端效器116以實現放置或拾取。控制機械臂108之運動(操作及定向)之一或更多個旋轉馬達239R或豎式馬達239V之操作經由機械臂控制器118得以控制。機械臂控制器118可包括適合之驅動電路且可包括一或更多個濾波器，如下文中將描述。

端效器116之振動，及因此而導致之基板105之振動，可沿全部三個軸(X、Y，及Z)發生。然而，沿Z軸(縱軸)之振動可為最大之問題，因為沿Z軸之振動可導致基板105與端效器116之間的法線力的對應降低，及導致基板105與端效器116之間的摩擦力的對應降低。此舉又導致基板105在端效器116上之更多滑動，及由此而導致更多顆粒產生。

機械臂108之結構性激勵往往導致沿Z軸產生之振動，該結構性激勵來自例如控制機械臂110、112、114及端 效器116沿X軸及Y軸之旋轉之馬達239R之移動而產生之激勵。因此，可能難以直接將沿Z軸之振動降至最低。為達到此目的，本發明之一或更多個實施例可藉由調整機械臂108或機械臂機構沿X軸及Y軸之運動來間接將沿Z軸之振動將至最低之方法，如下文將進一步論述。在其他態樣中，由豎式馬達239V導致之垂直振動可根據一或更多個實施例而得以解決。

振動控制的基板輸送系統100可包括一或更多個感測器140、141，該等感測器可經操作以在機械臂108沿其運動曲線(例如，運動移送路徑)輸送基板105時感測振動。一或更多個感測器140、141可為加速計。在一些實施例中，一或更多個感測器140、141為微電機系統(micro-electromechanical system；MEMS)加速計。眾所熟知，加速計為在結構運動期間量測振動或加速之裝置。在本文中，可交換地使用術語「振動」及「加速」。

在一些實施例中，一或更多個感測器140、141可經由磁體、黏著劑，及安裝螺桿中之至少一者或任何其他適合之安裝手段而耦接或安裝至機械臂108。例如，至少一感測器140可直接安裝至機械臂外殼142上。感測器140可將感測到的振動之信號傳輸至振動控制器119以用於儲存及分析感測到之振動，如下文將進一步描述。如上所述，習用之系統可使用一或更多個位置編碼器以決定馬達239R、239V之移動及由此導致之多個機械臂之運動及基板105在端效器116上之運動。儘管移動可能暗示振動，但並非決定性地意謂著振動 已發生，亦不可根據位置編碼器而決定振動振幅或振動頻率。

在一些實施例中，將承載信號之導線導引至可能處於真空下之腔室(例如，移送室102)內可能很困難。然而，外殼142上之振動可經可靠地量測。藉由在機械臂外殼142處納入感測器140(例如，永久感測器)，本發明之實施例可提供在腔室102以外之遠端位置處之振動感測。當機械臂108輸送基板105時，機械臂108之振動可利用感測器(例如，感測器140、141)偵測到，由此，振動資訊可自感測器140遠端獲取，及自感測器141(例如，臨時感測器)在端效器116或基板105上獲取。來自感測器140、141之此振動資訊可用以產生振動模型以針對任何特定運動或系統輸入預測基板105在端效器116上之振動。特定而言，來自感測器140、141之振動資訊可用以開發移送函數，該函數描述感測器140處之振動與感測器141處之振動之間的關係。可藉由例如分析頻域中之資料及執行曲線擬合而發現移送函數。此關係可進一步依賴於機械臂108之位置，及在此情況下，可產生一移送函數「族」，相關機械臂108之每一位置有一個移送函數。

在實施例中，一或更多個感測器140、141可將感測到之振動信號傳輸至例如I/O模組121。該等信號可為沿Z軸之垂直加速信號，但亦可感測到其他定向加速。I/O模組121可將信號轉換至可經數位處理之數位資料。如有需要，I/O模組121可包括適合之A/D轉換器及放大器。

然後，已轉換之數位資料經傳輸至振動控制器119， 在此振動控制器處，該資料可經即時收集及儲存在記憶體中以用於數個適用之用途。例如，已儲存或收集之資料可用於控制用途以產生振動模型、在執行基板運動曲線期間將端效器116之振動降至最低、在感測器140處感測到某一輸入振動時延遲或修正移送，以用於診斷用途，或其他適合之用途。

在一態樣中，感測器140可感測及振動控制器119可記錄在運動曲線或其他系統裝置之操作期間之給定時間量期間在機械臂外殼142處發生之振動，及/或在移送運動曲線中在任何實體點處發生之振動。同樣，感測器141可感測及振動控制器119可記錄在端效器處或在基板105上發生之振動。以此方式，可決定外殼142處之振動與端效器116處或基板105上之振動之間的關聯(例如，模型)。

總振動等於因執行法線運動曲線而產生之加速與因端效器116之振動而產生之不利加速(例如，Z軸振動)之和。在一些實施例中，可能需要獲得X-Y平面中之總振幅，該總振幅被限制低於約0.1g之加速(假定-1g加速作用於垂直(Z)方向)。然而，如若Z方向上有振動，則X-Y平面中之加速限制可為較少。換言之，可允許之X-Y加速係端效器116與基板105之間的摩擦的函數，該函數自身為Z方向上的加速度的函數。需要將垂直振動降至最低，以便端效器116可在水平面(X-Y平面)中以儘可能快之速率移動。

然後，所儲存之資料可在未來之正常系統操作期間用以預測基板105在端效器116上之加速或振動(例如，在垂直的Z方向上)。

在一些實施例中，到達馬達239R、239V之控制信號偶爾可用以修正運動曲線以減少振動。此外，如若發生系統故障，則可能需要決定發生故障時的振動，以努力避免未來之故障。故障資料可用以修正機械臂運動，以避免未來之故障，或起動(例如，發出旗標或警報)維護措施，或甚至停止機械臂108。

如上所論述，先前收集之振動及運動資料亦可用以建立模型(例如，一或更多個移送函數)，該模型為由馬達239R、239V執行之不同的機械臂運動相對於端效器116處或基板105在該等運動下所發生之垂直振動之模型。該一或更多個移送函數可用以基於由感測器140量測之振動來決定端效器116處之加速度及基板105之加速度。感測器141可自作業系統中被移除，及僅可用以產生模型。在一些實施例中，可應用濾波器設計以預防在導致端效器116及/或基板105在垂直方向(Z向)上之不利總振動之一或更多個頻率下引發機械臂結構振動之控制輸入。

例如，如第4B圖所示，諸如雙線組凹口濾波器之濾波器148可應用於來自機械臂控制器119之伺服輸入，該機械臂控制器執行機械臂伺服控制，該控制驅動導致機械臂108之多種運動之旋轉馬達239R及豎式馬達239V。

現將參考第1-4B圖及第5圖中之流程圖更為詳細地描述振動控制的機械臂設備之詳細操作，第5圖中之流程圖圖示根據一或更多個實施例之振動控制的機械臂設備之操作方法500。方法500包括在502中，在機械臂(例如，機械臂 108)之端效器(例如，端效器116)上支撐基板(例如，基板105)。特定而言，機械臂108之端效器116在多個腔室104、106(例如，處理腔室至處理腔室、處理腔室至負載鎖定腔室，或反之亦然)之間的基板移送期間支撐基板105。可使用任何適合之機械臂，例如本文所述之多臂機械臂108。而且，機械臂108可用以支撐除基板105以外之物品，及可用於其他系統中。

方法500可包括在504中提供耦接至機械臂108之感測器(例如，感測器140、感測器141，或兩者)。與機械臂108之耦接可經由以下順序：經由外殼142、經由馬達239R、239V中之一或更多者耦接至機械臂108所附於之結構、耦接至測試基板105，或耦接至機械臂108之其他組件，例如耦接至端效器116。在一些實施例中，複數個感測器140、141可直接耦接至機械臂108。在一些實施例中，僅可使用感測器140。在506中，該方法包括在當機械臂108在506中輸送基板105時，利用感測器(例如，感測器140、感測器141，或兩者)偵測機械臂108之振動。在實施例中，偵測到之振動資料可自定位在機械臂外殼142上之永久感測器140而得以收集，其中，永久感測器140感測振動。如上所述，可能難以將信號導引至真空環境中，例如導引至移送室102中。由於機械臂外殼142位於移送室102之真空以外，因此定位於機械臂外殼142上或安裝機械臂108之結構上之永久感測器140可提供可靠的及持續的振動相關可測量資料。

在其他實施例中，定位於機械臂外殼142上之永久 感測器140與定位於端效器116上(第2圖)及/或測試基板105上(第3圖)之臨時感測器141之組合可用以產生振動資料(例如，垂直振動資料)。永久感測器140可更為直接地感測用以操作機械臂108之馬達239R、239V之振動，此情況與可直接感測由於馬達239R、239V或其他系統組件之振動而導致之端效器116或基板105之振動的臨時感測器141相反。儘管可更為可靠及方便地傳輸來自永久感測器140之資料，但由於永久感測器140位於真空之外，因此使用來自永久感測器140與臨時感測器141之組合之資料可提供更為可靠的對基板105振動之指示，因為臨時感測器141直接感測支撐基板105之端效器116之振動，及在一些實例中，感測實際基板105之振動。在實施例中，當感測器141可位於端效器116處或附近時，可實現直接振動測量。然而，在諸多實施例中，僅可提供耦接至外殼142或耦接至支撐機械臂108之結構上之其他處之感測器140。

在一些實施例中，為了收集振動資料以用於診斷、模型化，或其他未來用途，可人工誘發外部振動，例如利用諸如附接於移送室102之振動質量146(第3圖)之激發裝置進行人工誘發。亦可使用其他振動誘發裝置。在其他實施例中，並非人工誘發外部振動，而是可能從在系統100之非測試/生產操作期間所產生之振動中收集資料，因為該等操作可在對端效器116或測試基板105使用臨時感測器141時持續進行。

在其他實施例中，感測器140及141可用以產生關 聯資料。例如，更新或重新校準常式可在永久感測器140及臨時感測器141感測振動及收集資料之同時運行。在其他實施例中，並非利用諸如振動質量146之方式來人工誘發外部振動，而是機械臂108自身可藉由將具有一或更多個頻率之振動「雜訊」引入驅動各別馬達239R、239V之伺服驅動輸出信號而得以強制振動。特定而言，白色雜訊(例如，包括所有激勵頻率之隨機信號)可經由機械臂控制器118(例如，伺服控制器)之驅動電路中之前授路徑被注入命令驅動信號(例如，命令電流信號)。

如第4A圖中所示，在資料收集過程期間，來自永久感測器140或臨時感測器141或該兩者之信號可經取樣及傳輸至I/O模組121以信號轉換為數位資料格式。然後，已轉換之數位資料可經傳輸至振動控制器119。振動控制器119可執行一般高階層處理，及可進一步處理來自感測器140、141之資料。振動控制器119亦可與機械臂控制器118介面連接，及接收來自機械臂控制器118之回授。振動控制器119可作用以經由選擇濾波器之濾波器係數(例如，雙線組濾波器)及將該等係數發送至機械臂控制器118用於實施，以此來「設計」最佳化濾波器。此操作可按一些預定更新速率得以執行。

在自永久感測器140及臨時感測器141中取樣資料之實施例中，振動控制器119可包括用以計算一模型之移送函數之邏輯，該移送函數將來自永久感測器140之資料與來自臨時感測器141之資料相關聯。可為來自旋轉馬達239R、豎式馬達239V或該兩者之多個輸入產生資料，亦可為諸如來 自振動質量146或其他鄰近設備之外部振動輸入產生資料。隨後，感測到之資料可用以對實際基板振動進行模型化，以便由於外部振動或馬達輸入而導致之振動輸入可在例如馬達外殼142之處被感測到，及可用以預料所造成之端效器116及基板105之振動。以此方式，僅可使用腔室102外之感測器，但仍可精準地預測振動。

請再次參看第5圖，在508中，振動控制器119可包括用以分析所收集資料及在一些實例中關聯資料之邏輯。分析可包括例如決定總振動在何時及在何種條件下可達到不利水平(例如，橫向加速度大於0.1g)。而且，分析可決定到機械臂108之哪些輸入導致與該不利振動水平相關連之運動。

所收集之資料及分析可儲存(例如)在任何適合之儲存媒體(例如，隨即存取記憶體(random access memory；RAM)、唯讀記憶體(read only memory；ROM)或振動控制器119之其他記憶體)中。此所儲存之分析及資料可用以建立基板振動模型(例如，移送函數)。振動模型可用以藉由阻止振動產生元件(例如，諸如旋轉馬達239R、豎式馬達239V、泵、狹縫閥、其他機械臂、外部刺激、次最佳化伺服控制，或上述各者之組合)在振幅或在一或更多個特定頻率下操作而減少未來操作期間之震動，如下文所述。

或者或另外，在機械臂108之即時操作期間，永久感測器140可感測腔室102外部之機械臂108之振動，且振動控制器119可對比此感測資料與已儲存資料及分析，使得 振動產生元件(例如，馬達239R、239V)之操作參數可經即時調整以避免在導致不利振動之一或更多個特定頻率下操作，從而減少機械臂108及所支撐之基板105之振動。調整機械臂108之操作以阻止振動產生元件在特定頻率下操作可手動或自動發生。

分析資料之後，在一些實施例中，濾波器148或其他相消干涉可經由機械臂控制器118而應用至機械臂108，例如，以減少振動幅度，如第4A圖中所示。在一些實施例中，一或更多個濾波器148可為凹口濾波器，及特定而言例如為雙線組凹口濾波器。眾所習知，凹口濾波器係使除阻帶中之頻率以外之所有頻率通過之濾波器。濾波器148可完全以數位方式實施。阻帶中之頻率係被阻止傳輸之頻率。凹口濾波器148可藉由設定凹口濾波器148之係數而進行調整。例如，可設定阻帶，及亦可設定凹口濾波器148之邊緣銳度(濾波器之所謂的「Q」)。

凹口濾波器148可作用以阻止馬達239R及/或馬達239V或其他振動產生元件在導致基板105處之振動增大之一或更多個特定頻率下操作，從而減少機械臂108之振動及基板105處之振動。例如，濾波器148可耦接至或部分屬於馬達驅動電路，該馬達驅動電路經調適以向馬達239R、239V(例如，伺服控制系統)產生驅動信號。濾波器148可為純數位，使得可不存在離散組件。振動控制器119可作用以設定在機械臂控制器118之伺服控制迴路內所配備之一或更多個(例如，多個)濾波器之一或更多個係數。對該等係數如何設定 之控制決定一或更多個濾波器148將有如何之行為，及可調整通過頻率及/或銳度。

如第4B圖中所示，圖示了控制模型400。來自感測器140之感測器信號由A/D轉換器449轉換至數位信號，及可由振動控制器119(圖示為虛線)之處理器所處理。該處理器基於方塊450中之模型及量測值a_m執行端效器116處之振動a_w之估值計算。傅立葉轉換及峰值偵測常式可在方塊452中經執行以分別決定線453A、453B之頻率f_w及信號振幅峰值。自該等值，可藉由雙線組凹口濾波器設計方塊454而決定一或更多個濾波器148之係數。可藉由下文所述之具有一或更多個輸入之過程而選擇多個濾波器係數，該等輸入例如Q、f₀，及f_s，其中，Q是決定將如何積極地抵消振動之因數，f₀是振動頻率，及f_s是取樣頻率。然後，一般雙線組濾波器可採用以下形式：Yn=(b₀/a₀)X_n+(b₁/a₀)X_n-1+(b₂/a₀)X_n-2-(a₁/a₀)y_n-1-(a₂/a₀)y_n-2及α=sin(ω₀)/2Q及ω₀=2π f₀/f_s

然後，該等係數可計算如下：b₀=1

b₁=-2cos(ω₀)

b₂=1

a₀=1+α

a₁=-2cos(ω₀)

a₂=1-α

具有由上述雙線組凹口濾波器設計方塊454設定之一或更多個濾波器148可用以修正來自機械臂控制器119之機械臂伺服控制456之驅動信號，使得驅動信號yd經修正以利用驅動信號y驅動馬達239R、239V。經修正之驅動信號y由一或更多個濾波器148適當過濾，使得端效器116處之振動在特定頻率下降至最低。

在一些實施例中，多個濾波器可在同時並聯使用，使得可在多個頻率在端效器116處產生不利之垂直振動之情況下過濾多個頻率。在多個干擾或不利振動同時發生之情況下，機械臂控制器118可採用濾除更多不利振動之主要顯性效用，或首先預防該等振動之發生。

在一些實施例中，在分析資料之後，除了應用濾波器148以外或不應用濾波器148，機械臂108之操作可經進一步調整以將振動降至最低。例如，如上所論述，端效器116及基板105沿Z軸之振動可為耦接交叉模式及由於端效器116沿X軸及Y軸之運動而導致。因此，為了將端效器116沿Z軸之振動降至最低，用於控制端效器116沿X軸及Y軸移動之旋轉馬達239R中一或更多者之操作可經調整或修正，使得馬達239R不以產生振動之方式操作。例如，在某些不利頻率下激發端效器116之垂直振動模式之運動可例如藉由使用濾波器之方式來避免或降至最少。

儘管本發明之實施例易受多種修正及多種替代形式 影響，但本發明之特定實施例及方法已由圖示中實例之方式得以顯示，並在本文中詳細描述。然而，應理解，本文並非旨在將本發明限定於所揭示之特定設備、系統，或方法，相反，本文之目的是涵蓋所有修飾、同等物，及符合本發明範疇之替代物。

100‧‧‧振動控制的基板輸送系統

102‧‧‧移送室

104‧‧‧處理腔室

105‧‧‧基板

106‧‧‧負載鎖定腔室

108‧‧‧機械臂

110‧‧‧上臂

112‧‧‧前臂

114‧‧‧腕部部件

116‧‧‧端效器

118‧‧‧機械臂控制器

119‧‧‧振動控制器

120‧‧‧箭頭

121‧‧‧I/O模組

122‧‧‧箭頭

124‧‧‧箭頭

126‧‧‧機械臂基座

128‧‧‧平移軸線

132‧‧‧虛線框

134‧‧‧箭頭

136‧‧‧基板載體

137‧‧‧箭頭

138‧‧‧負載埠

Claims (20)

1. 一種振動控制的機械臂設備，包括：一機械臂，該機械臂具有一端效器，該端效器可經操作以輸送一基板；一感測器，該感測器耦接至該機械臂，該感測器可經操作以在該機械臂輸送該基板時感測振動；及基於該感測器所測量之資料來減少該機械臂之振動。
2. 如請求項1所述之振動控制的機械臂設備，其中，該感測器係一微電機系統(micro-electromechanical system；MEMS)加速計。
3. 如請求項2所述之振動控制的機械臂設備，其中，該MEMS加速計經由一磁體、一黏著劑及一安裝螺桿中之至少一者而安裝至該機械臂。
4. 如請求項1所述之振動控制的機械臂設備，包括一濾波器，該濾波器可經操作以過濾到達該機械臂之某些輸入頻率。
5. 如請求項4所述之振動控制的機械臂設備，其中，該濾波器包括一凹口濾波器，該凹口濾波器可經操作以藉由阻止一預設定頻率下之振動傳達至該基板來減少振動。
6. 如請求項4所述之振動控制的機械臂設備，其中，該總可允許振動低於加速度0.1g。
7. 如請求項1所述之振動控制的機械臂設備，進一步包括一振動控制器，該振動控制器可經操作以接收來自指示該振動之該感測器之一第一信號。
8. 如請求項7所述之振動控制的機械臂設備，其中，該振動控制器包括用以將感測到之振動與該機械臂之特定運動相關聯之邏輯。
9. 如請求項8所述之振動控制的機械臂設備，其中，該邏輯對比該第一信號與一資料庫以決定預期振動。
10. 如請求項9所述之振動控制的機械臂設備，其中，該邏輯對比該第一信號與一資料庫以決定該機械臂之一端效器之該加速度是否為不利的。
11. 一種機械臂振動減少方法，該方法包括以下步驟：利用一機械臂之一端效器支撐一基板；提供耦接至該機械臂之一感測器；在該機械臂輸送該基板時利用該感測器偵測該機械臂之一振動；決定發生一不利之振動量之一或更多個條件；及 將該機械臂之該端效器之該振動之至少一部分降至最低。
12. 如請求項11所述之方法，其中，將該機械臂之該振動之至少一部分降至最低之步驟包括以下步驟：將一濾波器應用至一馬達驅動電路以攔截發生該不利之振動量之一或更多個頻率。
13. 如請求項12所述之方法，其中，該濾波器係一凹口濾波器。
14. 如請求項11所述之方法，其中，將該機械臂之該振動之至少一部分降至最低之步驟包括以下步驟：阻止該機械臂在發生該不利之振動量之該頻率下操作。
15. 如請求項11所述之方法，其中，決定發生一不利之振動量之一頻率包括以下步驟：利用一振動質量人工誘發外部振動。
16. 一種振動控制的基板輸送系統，包括：一腔室；一機械臂，該機械臂收納在該腔室中，該機械臂具有一端效器，該端效器可經操作以輸送一基板；及 一感測器，該感測器耦接至該機械臂，該感測器可經操作以在該機械臂支撐該基板時偵測該機械臂之一振動。
17. 如請求項16所述之系統，其中，該感測器係一微電機系統(micro-electromechanical system；MEMS)加速計。
18. 如請求項16所述之系統，包括一驅動馬達之一驅動電路，該驅動電路具有一濾波器，該濾波器可經操作以減少該端效器之振動。
19. 如請求項18所述之系統，其中，該濾波器係一凹口濾波器。
20. 如請求項18所述之系統，其中，該濾波器藉由阻止一預設定頻率下之振動傳達至該端效器來減少該端效器處之振動。