TWI492826B

TWI492826B - 具有磁浮主軸軸承的自動機械驅動器

Info

Publication number: TWI492826B
Application number: TW097124040A
Authority: TW
Inventors: Gilchrist Ulysses; Hosek Martin; Terra Moura Jairo; Krishnasamy Jay; Hofmeister Christopher
Original assignee: Brooks Automation Inc
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2015-07-21
Also published as: TW200918263A

Description

具有磁浮主軸軸承的自動機械驅動器

本發明係關於一種自動機械驅動器，更具體地說，係有關一種具有磁浮軸承的自動機械驅動器。

傳統的自動機械驅動器，諸如用於真空環境中的驅動在真空或其他可控環境中利用球狀或滾筒狀軸承來支撐自動機械驅動器的旋轉軸。支撐驅動軸的軸承可應用各種潤滑劑來預防金屬老化和軸承失效。專門配置的低氣壓油脂一般用於真空或者可控環境中的自動機器驅動軸承潤滑。

但是，使用潤滑劑於自動機械驅動器軸承潤滑是受限制的，因為在自動機械運轉環境中隨著氣壓和溫度的降低，潤滑劑的潤滑性能會降低。潤滑脂在真空或其他可控環境中由於，諸如，除濕作用它也可能成為一種污染源。此外，潤滑劑用於傳統自動機械驅動器中可能會破壞或者移動軸承，這是由於其潛在的污染操作環境以及來自於轉移到位置回饋編碼器上的潤滑劑碎片引發的電動機回饋系統失效。

應用一個無接觸軸承系統的自動機械驅動系統將十分佔有優勢，從此避免使用潤滑劑或者其他接觸面的潤滑油。具有一個無需為系統增加供電的電動機的數目就能提高其靈活性的自動機械驅動系統也將十分佔有優勢。

【發明內容及實施方式】

圖1為備有本發明實施例所示各特徵的基板處理裝置100的平面圖。雖然實施例係參照圖說明，但實際上所示的實施例可用許多其他的形式來實施。另外，可以使用任何合適尺寸、形狀或類型的元件和材料。

所示實施例可以增加自動機械驅動器的可靠性和清潔度以及真空性能，當它被用於諸如輸送基板，校準基板，或者在任何合適的環境，包括但並不限於大氣、真空或可控環境下發揮其他任何合適的作用。本實施例的自動機械驅動器備有可磁性的支撐電動機主軸和操縱主軸，使主軸例如在水平面上移動及對垂直面傾側。應注意的是，上述水平面和垂直面只是為說明上之方便，實際上如下所述，該主軸可對任何合適的坐標系統移動和傾側。雖然下面所述的實施例是針對具有關節臂和旋轉驅動的輸送或定位裝置，但其特徵同樣適用於其他裝置，包括但不局限於任何其他合適的輸送或定位系統以及任何其他旋轉基板的合適裝置，例如基板定位器和備有旋轉或線性驅動機器之任何其他機械。

圖1所示的基板處理裝置100是一個具有本發明的特徵之代表性基板處理設備。在這個例中，處理裝置100具有一般批次處理器。在其他實施例中這個處理器可為諸如使用可執行基板的單步處理之裝置。此基板設備亦可為諸如分類機、儲料器、度量器等任何形式者。在裝置100中處理的基板215可以是任何適合的基板，包括但不局限於液晶顯示面板、半導體晶圓，諸如200mm、300mm、450mm的晶圓或其他直徑的基板，以及任何其他類型的基板，例如空白基板或具有類似於基板特性(如尺寸或大小)的物件。

在本實施例中，裝置100備有一前置部105(例如形成一個小環境)和一個靠近且可大氣的隔離之一後置部110(例如可充當真空室)。在上述之大氣隔離部110可充以惰性氣體(例如N₂ )或任何其他隔離和/或可控氣氛。

在本實施例中，前置部105一般設有諸如一或多個基板保持用匣盒115和一個前端自動機器人120。前置部105也可設有其他裝置，例如對準器162或者位於其中的緩衝器。上述之後置部(亦稱真空部)110可有一或多個處理模組125和一個真空自動機械臂130。處理模組125可以是任何類型的模組，例如材料澱積、刻蝕、烘烤、光磨、離子注入清潔等等類型。每個模組對基準框架，例如自動機械基準框架對的位置，可以用控制器170決定。一個或多個模組也可以沿著所需方向處理基板215，例如在基板上做基準(未顯示出)。處理模組中基板的所需方向可以用控制器170定位。真空部110也可以有一個或多個中間室，亦稱為預備真空室或負載鎖。圖1所示的實施例有兩個負載鎖，負載鎖A135和負載鎖B140。負載鎖A和B作為接觸面工作，允許基板在前置部105和真空部110間輸送，並不破壞可能存在於真空部110中的任何真空的完整性。基板處理裝置100一般包括一個控制基板處理裝置100運轉的控制器170。在一實施例中控制器也可以是集中控制結構的一部分，在2005年6月11日申請的美國專利申請號11/178，615中有所描述，該專利的公開內容併入本文中供作參考。在本實例中，控制器170有一個處理器173和一個記憶體178。除了上面所述，記憶體178可以包括即時探測和糾正基板偏心和失調技術的程式。另外記憶體178可以包含處理參數，例如處理模組和裝置部的其他部件和位置的溫度和/或壓力，正在處理中的基板215的即時資訊和基板的度量資訊，諸如應用裝置和基板的位置推算資料來確定即時基板偏心率的演算法。

在本實施例中，前端自動機器人120，亦稱為ATM(大氣)機器人，可包括一個驅動部150和一或多個機械臂155。驅動部150至少裝有一個機械臂。腕關節160至少連接有一個機械臂155，為了固定一或更多個基板215將該腕關節160連接於一或多個末端作用器165。末端作用器165係可旋轉地連接於腕關節160。ATM機器人120可用以輸送基板到前置部105的任何位置。諸如，ATM機器人120可在基板保持用匣盒115、負載鎖A 135及負載鎖B 140間輸送基板。ATM機器人120也能使基板215進出於定位器162。驅動部150可接收來自控制器170的指令，並回應該指令使ATM機器人120作徑向、圓周向、上下、複合和其他的動作。

在本實施例中，真空機械臂130可以安裝在真空部 110的中央室175中(見圖1)。控制器170可使開口180、185旋轉以及配合真空機械臂130之操作在處理模組125、負載鎖A 135和負載鎖B 140間輸送基板。真空機械臂130可包括一個驅動器190和一或多個末端作用器195。在其他實施例中，ATM機器人120和真空機械臂130可以是其他任何合適類型的傳輸裝置，包括但不局限於SCARA型機械臂、關節型機械臂、蛙腿式裝置或者雙向對稱式傳輸裝置。

將在本文中描述的一實施例是關於真空機械臂，例如圖2中的自動機械臂800，但應知，本實施例可應用於運轉在任何合適環境中任何合適的輸送或其他處理設備中(例如定位器)，合適環境包括但不局限于常壓環境、可控大氣環境和/或真空環境。應知，備有本實施例特徵的輸送裝置可以是任何合適的結構，包括但不局限於，機械臂130的蛙腿式結構、機器人120的SCARA型結構、關節型機械臂結構或雙向對稱式輸送裝置結構。

輸送機械裝置800如圖2所示。這個輸送裝置包括至少一個上臂810、一個前臂820和至少一個末端作用器830。末端作用器830可旋轉地連接到前臂820上，前臂820可旋轉地連接到上臂810上。上臂810可旋轉地連接到諸如輸送裝置的驅動器840上。驅動器840可例如包括一個同軸驅動軸或軸(見圖3)。在圖3所示的例子中，同軸杆或軸備有兩個驅動軸211、212，但是在其他實施例中這個軸可以具有多於或少於兩個驅動軸。又在其他的實施例中驅動軸可以是非同軸的或者是諸如並排排列的設置。在再一實施例中驅動軸還可以有任何合適的配置。在本實施例中，同軸驅動軸的外軸211可以適當地和上臂810連接，內軸212可以適當地和前臂820連接。在本實施例中，末端作用器830可在「從動」狀態下操作，但是在其他實施例中在驅動裝置中可附加驅動軸來運轉末端作用器830。驅動器840可包括兩個電動機208、209，一個電動機用來驅動外軸，另一個用來驅動內軸。這兩個電動機208、209可允許機械臂800活動，因此這個機械臂至少具有兩個自由度(例如沿Z軸旋轉和在X-Y平面延伸)。

在操作時，藉激勵(通電)電動機線圈使機械臂800沿著Z軸旋轉，而將轉動力矩Rz沿相同方向施加於同軸杆的內軸和外軸211、212上(即兩個軸沿同一方向旋轉)。這個機械臂可以伸長或縮短，即例如把轉動力矩Rz施壓於內軸和外軸212、211而使內軸和外軸212、211沿著不同方向旋轉。如下所述，機械臂的位置可藉控制內軸和外軸的旋轉中心T1來進行微調。根據本發明的實施例，同軸杆的內軸、外軸212、211和機械臂800可由下述的磁軸承/電動機支撐。

根據實施例，位於例如自動機械輸送設備800的驅動器840的磁軸承可支撐軸向和徑向力矩負荷，此負荷施加於例如驅動自動機械臂連接的驅動器的一個或多個驅動軸。支撐驅動軸的一或多個磁軸承可以是主動的，例如，磁軸承可設置成徑向和軸向間隙控制以便允許驅動軸(和輸送末端作用器)受控運動，因此輸送設備有來自兩個電動機的兩個以上的自由度。例如，驅動器可提供六或七個自由度，例如在X、Y、Z方向以及Rx、Ry、Rz1和Rz2方向。在另一實施例中，驅動器可提供多於或少於六或七個自由度。這些自由度，例如，可允許主動對準和微調附接在自動機械驅動器上的機械臂和末端作用器的位置/方向(即供基板定中心)，詳如下述。

在另一實施例中，參照圖3，輸送設備的驅動器840可包括第一電動機定子208S和轉子208R(組成第一電動機208)以及第二電動機定子209S和轉子209R(組成第二電動機209)和兩個同軸杆211、212。在其他實施例中，同軸杆可以有多於或少於兩個驅動軸。在本實施例中，定子的中心線係沿著圖3所示的線CL配置。雖然圖示的驅動器840具有兩個定子208S、209S，但為了驅動多於或少於兩個軸，驅動器可以包括任何合適數目的定子。定子208S、209S可與轉動裝置或主軸(即軸、轉子和連接在軸上的其他電動機組件)分離，例如，可通過任何合適的隔離物210，隔離物可以是例如將室內空氣與外界空氣隔離的處理室的外殼隔離物。例如，隔離物210可以容許轉子208R、209R在真空環境中運轉同時容許定子208S、209S在大氣環境中運轉。這個隔離物的構成可以是例如在真空環境中使用的任何合適的材料，或者是插入磁場中的材料，該磁場不會引起磁通短路或不形成渦旋流以及不會由於磁相互作用產生熱。這個隔離物也可以與合適的熱轉移器件(例如被動或主動)連接，從而盡可能地降低驅動器的溫度。在本實施例中，第一電動機轉子208R可以與外部驅動軸211連接，而第二電動機轉子209R可以與內部驅動軸212連接。如圖3所示，外軸211和內軸212是同心的或同軸驅動軸，但是驅動軸可以有任何合適的設置，包括並不局限於，並排設置或非同心設置。

根據本發明之實施例，定子208S、209S和它們各自的轉子208R、209R可組成無軸承電動機/磁懸主軸軸承，用以磁性的支撐它們各自的軸211、212(例如，本實施例中所示的徑向和Z向)以及調節它們各自軸211、212的至少一個旋轉中心。例如，電動機208、209可包括具有永磁體和鐵襯的鐵芯定子和轉子。在為了與轉子相互作用，定子亦可包括任何合適的鐵磁材料。由於諸如定子208S、209S和轉子208R、209R間的被動磁力，轉子208R、209R和定子208S、209S相對位置可不間斷地得到保持，例如沿著Z方向的相對位置。定子208S、209S和轉子208R、209R間的被動磁力也可以穩定轉子208R、209R的方向，例如，X軸和Y軸方向。電動機繞組可設置為把轉矩Rz1(對軸211)、Rz2(對軸212)應用於各自的轉子208R、209R上控制軸211、212的旋轉，應用徑向和/或切向力控制轉子沿著諸如，X和/或Y方向的旋轉中心。通過偏移兩個轉子208R、209R的X和/或Y方向的位置，主軸可以實現傾側，如下所述。

現在說明圖4A和4B，如實施例所示，同軸驅動適用於，例如，自動輸送機械800的驅動器。在本實施例中，同軸驅動器1400的電動機1410、1420的位置不是圖3所示的軸向排列而是彼此徑向排列。例如，第一電動機1410可能沿著第二電動機1420的徑向向外。在其他實施例中，電動機1410、1420可以按軸向結構排列(即一個在另一個上方)或其他任何合適的結構。在本實施例中，第一和第二電動機1410、1420可分別包括定子1410S、1420S和轉子1410R、1420R，它們在本質上類似於上面圖3所描述的轉子和定子。然而，在本實施例中轉子1410R、1420R可分別位於，例如，外殼1460形成的通道1451、1450內。各自的旋轉部件，包括但並不局限於軸、滑輪和自動機械臂部件，它們可以通過諸如通道1451、1450的開口以任何合適的方式附接或連接在各自的轉子上。利用本質上類似於上面圖3所述的方法，由於例如被動磁力，轉子1410R、1420R和定子1410S、1420S例如沿著Z軸的相對位置，可能不斷地得到保持。在備選實施例中，主動磁力可以提供定子和轉子的相對定位。電動機繞組也可設置成應用轉矩Rz1'(對轉子1410R)、Rz2'(對轉子1420R)和上面所描述的徑向和/或切向力來控制轉子在X-Y平面的位置。在備選實施例中電動機也可以設置來控制和傾斜轉子。

現在說明圖5，圖示為無軸承電動機1300的示意圖，無軸承電動機1300可應用在例如自動輸送機械800的驅動器840中，此說明控制轉子1310R的磁力。圖5顯示單轉子/定子。電動機1300可包括任何合適數目和任何合適結構的轉子/定子，包括並不局限於上面圖3和圖4所示的結構或並排的結構。在圖5所示的實施例中，定子1310S實質上類似上面所述的定子208S、209S。轉子1310R實質上類似上面所述的轉子208R、209R，其中轉子，例如，可由鐵磁材料、永磁體1310M和鐵襯1310B構成。轉子亦可由任何合適的材料構成。在其他實施例中，為了與定子相互作用永磁體可用任何合適的鐵磁材料替代。轉子磁鐵1310M可以包括一組極性交替地圍繞轉子周邊安置的磁鐵。轉子的周邊可以是轉子內部的邊緣壁或者是週邊的邊緣壁。在其他的實施例中，磁鐵1310M可嵌入到轉子裏面。同時，磁鐵1310M可位於轉子上面或在轉子上任何合適的位置。定子1310S包括繞組，當通電時它可旋轉地、徑向地和/或軸向地驅動轉子1310R，如下將有更詳細的描述。在本實施例中，為了與轉子1310R相互作用，定子1310S可由適宜的鐵磁材料構成，但是在其他實施例中，定子1310S可由任何合適的材料構成。定子1310S和轉子磁鐵1301M間的相互作用，可以沿箭頭1350方向產生被動懸浮轉子1310R的被動力。懸浮力可能起因於彎曲磁通線1320、1321，其可能依次是由於，例如，轉子磁鐵1310M的邊緣1360相對於定子1365的偏移產生的。在其他實施例中，這個懸浮力可用任何合適的方式產生。被動的懸浮力可以沿著轉子1310R的軸向和側傾方向產生一個穩定的平衡環境。徑向力或吸引力可能由沿著諸如箭頭1355、1356方向的磁通線1330產生。這些吸引力可能會產生一個不穩定的因素，因此可對繞組加電來主動定中心和/或定位轉子1310R，以使旋轉的轉子/軸在所需位置保持其幾何中心。

現說明圖6A-6G，圖示為電動機208的實施例的三個不同結構。此電動機209實質上類似電動機208。定子208S可以包括繞組用以提供力(例如切向的、徑向的或任何複合的)來施加力矩和旋轉轉子208R，以及提供徑向定位力來主動控制轉子208R的旋轉中心C。在此實施例中，電動機208設置成繞組分段，每一分段可用合適數目的電相來驅動，通過諸如控制器170獨立產生可控力矩和同步產生軸承力。在其他實施例中繞組分段可以是任何合適的交流或直流電動機的部件。此種電動機結構的實例在2007年6月27日申請的美國專利申請號11/769,651中有所描述，該專利標題為「低複雜度的無軸承無刷直流電動機」，其揭露的內容整體併入本文供作參考。

在圖6A所示的實施例中，定子208S可包含兩對繞組208SA、208SB，繞組間的位置可放置形成任何所需的機械角，它們間還可以有一個適合的相應電角度偏移，來組成與各自的軸轉子208R協作的無軸承電動機。在所示的實例中，轉子208R可以有一個永磁體組，但是在其他實施例中，轉子208R可以沒有永磁體，可以由諸如鐵磁材料構成或者用一個附接在轉子208R上的鐵磁材料來替代永磁鐵。如圖6A所示，繞組208SA、208SB的位置可彼此分開大約180度角。在其他實施例中，機械角可以是任意合適的角度，如圖6A所示角度是大約180度。另外，繞組設備間的電角度可隨需要構成，以便產生徑向或切向力來旋轉和/或定位附接在轉子280R上的主軸。繞組208SA、208SB和轉子208R可設置和加電用以產生徑向和/或切向力，以便使轉子208R的旋轉中心C可以沿著諸如線性軌跡或任何其他的所需軌跡來調整。例如，通過改變繞組208SA、208SB產生的沿著諸如Y方向的徑向力RF的大小，轉子208R可以沿著Y軸移動。同樣地，例如，通過改變每個繞組208SA、208SB產生的切向力TF，轉子208R可以沿著諸如X方向移動。轉子旋轉中心C的運動方向和力RF、TF的方向僅示一個例子，在X-Y平面內轉子的運動方向和力的方向TF、RF可以沿任何合適的方向。同時應知，徑向和切向力可能會相互分離，以便使同步產生的力來定位和/或轉子208R的旋轉。另應知，繞組208SA、208SB產生的合成力可保持轉子208R在諸如X-Y平面內居中。在其他實施例中，本文所述的電動機可以任何合適的方式換向，以便使徑向和/或切向力在X-Y平面沿著任何合適的方向移動轉子。

現說明圖6B，圖中顯示兩個繞組1515、1520，其中每個繞組分別設置成諸如兩個繞組子套1525、1530和1535、1540。繞組1515、1520可用電流放大器1550來驅動，其中包括驅動繞組1515、1520的軟體、硬體或軟體和硬體的組合。電流放大器1550也可包括一個處理器和一個驅動繞組的換向函數和電流迴圈函數。在一實施例中，電流放大器1550可包含在任何合適的控制器中，例如，控制器170。在其他實施例中，電流放大器1550可放置在出於何合適的位置。換向函數可根據一組特定函數來確定每一繞組裝置1515、1520的一或多個繞組1525、1530和1535、1540的電流，而電流迴圈函數可提供一個回饋和驅動能力來維持電流通過確定的繞組。處理器、換向函數和電流迴圈函數還可包括一個接收回饋的回路，該回饋來自於一或多個提供位置資訊的感測器或傳感系統。

圖6B中每一繞組1515、1520各自的兩個子繞組1525、1530和1535、1540彼此間以大約90度電角度電連接和相互偏移。因此，當兩個繞組中一個成對產生純切向力，另一個繞組成對產生純徑向力，反之亦然。在本實施例中，繞組1515有兩個部件1530和1525，繞組1520有兩個部件1540和1535。圖6B所示的實施例中分段繞組1515、1520的所需力矩(T)和沿著x軸的中心力(F_x )以及沿著y軸的中心力(F_y )的關係，例如，洛倫茲力，在美國專利申請號11/769,651，標題為「低複雜度的無軸承無刷直流電動機」中所揭示。應知，雖然所示子繞組1525、1530、1535、1540有大約90度的偏移，但是可以使用其他的多於或少於大約90度的偏移。

在圖6C所示的實施例中，定子可包括三個繞組 208SC、208SD、208SE，其可在轉子208R的三個部件上面伸展。上述繞組彼此空間隔開大約120度。在其他實施例中，三個繞組可以有任何合適的機械角關係，為了利用繞組208SC、208SD、208SE產生的合力來穩定支撐轉子208R(和軸211)，機械角可以是多於或少於大約180度。如上所述，繞組208SC、208SD、208SE彼此間也可以有合適的相應電角度偏移，從而形成與各自的軸轉子208R協作的無軸承電動機。在所示實施例中，轉子208R本質上可與圖6A所述的類似。應知，在本實施例中，轉子208SC、208SD、208SE可設置和加電，來產生徑向、切向和/或軸向力以便使轉子208R的旋轉中心C可在諸如X-Y平面上移動到任意點，並不局限於上面所示的沿著單軸的線性移動。另外應知，轉子208R的旋轉中心C的運動可能僅受限於各個繞組208SC、208SD、208SE與轉子208R間的氣隙G。

在圖6D所示的另一實施例中，定子208S可包括四個繞組208SF、208SG、208SH、208SI，其可在轉子208R的四個部件上面伸展。在本示例中，僅作示範目的，所示的繞組208SF、208SG、208SH、208SI隔開角度可以是諸如90度。在實施例中，四個繞組可以有任何合適的機械角關係，為了利用繞組產生的合力來穩定支撐轉子208R(和軸211)，機械角可以是大或小於大約90度。如上所述，繞組208SF、208SG、208SH、208SI彼此間也可以有合適的相應電角度偏移，從而形成與各自的軸轉子208R協作的無軸承轉子。在本實施例中，轉子208R本質上可與上述圖6A所述的類似，即，轉子208SF、208SG、208SH、208SI可設置和加電，來產生徑向、切向和/或軸向力以便使轉子208R的旋轉中心C可在諸如X-Y平面上移動到任意點，並不局限於上面所示沿著單軸的線性移動，其中轉子208R的旋轉中心C的運動可能僅受限於各個繞組與轉子間的氣隙G。

上述圖6A-6D的每個分段繞組可以包括任何合適數目的電路來產生操縱轉子208R的力。例如，圖6E和6F顯示一段具有諸如Z字結構的電路280、281繞組。在圖6E所示的繞組結構中，給電路280、281通電，以便使電路280的電流大於電路281，從而沿著諸如箭頭282的方向產生一個合力，反之亦然。應知，如圖6F所示，電路280、281可具有圓柱形結構，以便使旋轉力282'可應用于諸如轉子208R上。包括多個電路繞組的電動機一個示例在美國專利申請號2005/0264119中有揭示，其內容整體併入本文供作參考。

圖6G說明另一個實施例，其中為了控制轉子的運動，通過改變電動機繞組分段來產生切向力TF1-TF4。圖6G所示的圖表，每個「+」或「-」代表具有一個單位大小的力，但是為了軸向定位轉子，切向力可應用於產生合適的合成差動力。圖6G中表格所示的符號代表力或力矩的方向，不是數值。應知，通過改變繞組產生的合成差動力，各個轉子的徑向定位可以通過本文所述的末端作用器的精細定位或軸側傾來實現。利用切向力來定中心的示例在美國專利申請號6,707,200中有揭示，其內容整體併入本文供作參考。

雖然上述圖6A-6G中所述的電動機208、209有兩個、三個或四個繞組，但實際上電動機208、209可以有任何合適數目的繞組。雖然上面所述的電動機208、209是作為無軸承電動機，其中每一組繞組可支撐轉子的懸浮、旋轉、軸向定位和平面定位，實際上單個或特定的磁軸承(例如，用於支撐單個或與被動式永磁鐵組合的某些主動式軸承)可配有轉子或沒有轉子，電動機的定子來磁支持轉子和各個軸，其中單個的磁軸承被用來控制諸如轉子的位置。在其他實施例中，轉子和軸可通過任何合適方式，諸如任何合適作用器得到支援。

現說明圖7、7A和8，本實施例的驅動器，例如自動輸送機械800的驅動器840，也可設計來產生所需軸和傾斜剛度，包括為儘量減少齒槽沿軸紊亂的抗齒槽元件，同時產生穿過氣隙G(參見圖3)的所需力，包括本文所描述的平面定位力(例如徑向力)。在一實施例中，抗齒槽元件可能是電動機定子的一部分。在其他實施例中，抗齒槽構架也可能與定子分開。抗齒槽元件會考慮到每個抗齒槽元件引起的齒槽力的疊加，以使其沿推進、間隙和軸方向的整個齒槽紊亂降到最低。一個包括抗齒槽元件的電動機在2008年6月27日申請的美國專利申請號11/769,651，標題為「具有懸浮能力和低齒槽效應特徵的電動機定子」中有所描述，其內容整體併入本文供作參考。

圖7所示的旋轉電動機的定子5100可設置所需被動軸和傾斜剛度同時削弱或盡可能降低齒槽效應。定子5100可包括一或多個凹槽5105、5175(和5615、5685)，其可從定子5100的第一個表面5110向內延伸。在本實施例中，凹槽可設置為忽略定子的被動軸和傾斜剛度的影響。每個凹槽可包含兩個從第一表面到凹槽的過渡區。例如，凹槽5105可包括分別對應第一面5110和凹槽5105的第一和第二過渡區5115、5120。過渡區可設置成合適的所需例子，使其作用於轉子的永磁鐵5150、5180上，從而在轉子上產生抗齒槽力來最小化轉子的齒槽效應，這在標題為「具有懸浮能力和低齒槽效應特徵的電動機定子」的美國專利中有所描述。同樣地，凹槽5175可包括分別對應第一面5110和凹槽5175的第一和第二過渡區5127、5137。類似於第一凹槽的過渡區，第二凹槽(或定子的抗齒槽部件)的過渡區5127、5137可設置來產生抗齒槽力使其作用於轉子的永磁鐵5190、5195上，以便能在轉子上產生抗齒槽效應。凹槽5615、5685也可以具有本質上類似於上述所述的5105、5175的合適過渡區。這個定子凹槽的過渡區可沿著軸向(例如圖7中垂直於定子平面的Z軸方向)和切向作用產生盡可能降低齒槽效應的抗齒槽力。圖7A顯示作用於轉子的各個過渡區產生的力5410、5415，以及凹槽過渡區抗齒槽效應(例如軸向)的累加力。在所示的實施例中，凹槽5105、5175(僅僅為了示例它們相鄰，但是在其他實施例中，它們可不相鄰)可放置成彼此協作來盡可能降低軸向和切向的齒槽效應。

在圖7所示的實施例中，只有兩個繞組5685、5690用於驅動已公開的實施例。繞組5685、5690可包含一個或多個繞組。應該認識到，用在示範實施例中的繞組可包括位於一或多個凹槽中的一或多個繞組，也可包括用在已公開的實施例中的任何類型的繞組。本實施例可以包含分段繞組，例如，繞組分為一個或多個子繞組，並分佈在定子的選定凹槽中。根據已公開的實施例，每一子繞組可包括一或多個繞組，用來驅動產生電機作用力。在一個或多個實施例中，可將繞組排列為三段繞組，然而也可使用任何其他合適的排列方式。

如圖7所示，與定子5100共同運轉的轉子可包括大量的永磁鐵與極性交替排布的磁鐵相鄰。在其他實施例中，轉子可由任何適宜的鐵磁材料構成。圖示的磁鐵5150、5180、5190和5195僅為例示。應知，其他磁鐵亦同樣可用。

本實施例也提供減小徑向齒槽力，即平行於定子100和各轉子間間隙的的齒槽力的方法。參照圖7，定子5100的表面5110上的凹槽5105、5615可以通過合適安置，使產生於凹構邊的轉子上的力結合而降低徑向齒槽力，如在標題為「具有懸浮能力和低齒槽效應特徵的電動機定子」的美國臨時專利申請案中所述。

現在說明圖8，該圖為抗齒槽元件6800、6210、6215、6220的示意圖。該等抗齒槽元件可由任何合適的材料構成，包括但不局限於鐵磁材料。各抗齒槽元件可佈置得使由其引起的疊加齒槽力沿著推進及間隙方向形成最小的整體齒槽紊亂。

圖8所示的抗齒槽元件包括一內弧段6805、一外弧段6810、第一第二過渡區6815、6820、一序列線圈槽6825和一跨度角6830。內弧段6805的配置可考慮與永磁體的相互作用。該內弧段6805亦可設置得使其與任何合適構造的轉子相互作用。線圈插槽6825可包括一個繞組，如三相繞組。繞組可有任何合適數目的繞組段。繞組可以由任何合適的方式驅動，例如正弦換向方式。可將跨度角6830設定，使其內弧段容納奇數個分數磁距。另外，跨度角亦設定為可容納任何合適數目的磁距。

在圖8所示的實施例中，例示使用四個抗齒槽元件6800、6210、6215、6220。但亦可以使用任何數目(例如多於或少於四個)的抗齒槽元件。各抗齒槽元件6800、6210、6215、6220可相同且可以彼此分開成大約90度機械角和電角度。在其他實施例中，抗齒槽元件6800、6210、6215、6220可排列成與對應的各個繞圈槽6825、6230、6235、6240隔開大約90度的機械角，以符合假想360度的分段槽距。在有些實施例中，只有一個子線圈槽可插入線圈。抗齒槽元件亦可包含任何合適的結構和/或彼此間機械和電定位。抗齒槽元件的適宜示例，在標題為「具有懸浮能力和低齒槽效應特徵的電動機定子」的美國專利申請案中有揭示。

現在說明圖9，驅動部，如自動輸送機械800的驅動器840，可以包括Z-驅動裝置220、第一旋轉電動機208和一個位於外殼201內的第二旋轉電動機209。雖然圖中所示的Z-驅動裝置220和電動機208、209位於外殼201內部，實際上Z-驅動裝置220和/或電動機208、209的任何部件可配置於各別的殼體內。上述驅動器亦可具有任何適宜的結構。

外殼201可由任何合適的材料構成，包括但不局限於，塑膠、金屬、陶瓷、複合材料或它們的任何複合物。Z-驅動裝置220可包括一導軌203、Z-驅動電動機206、滾珠螺桿機構207和箱體205。為了在外殼201內部沿著Z軸導軌203線性控制箱體205，導軌203可以由任何合適的材料構成。導軌203可適當支撐在外殼的每一末端。在備選實施例中，導軌可以沿其長度的許多位置支撐或可懸臂在室內。在室內，箱體可以用線性軸承204A、204B和滾珠螺桿部件207A來支撐。線性軸承204A、204B和滾珠螺桿部件207A可以使用任何合適的方法比如使用機械的或化學的緊固件、粘結劑或焊接物連接到箱體205上。線性軸承204A、204B可以通過與線性導軌相互作用來使箱體沿著Z軸運動。當滾珠螺桿207被電動機206驅動旋轉時，滾珠絲杠部件207A可與滾珠螺桿207相互作用使箱體205沿著Z軸移動。滾珠絲杠207可用任何合適的軸承207B支撐在一端，其軸承允許滾珠螺桿部件自由旋轉。滾珠螺桿的另一端可以通過任何合適的方式與Z-驅動電動機206連接。在其他實施例中，滾珠螺桿207可支撐在室內以及用任何合適的方式驅動旋轉。Z-驅動電動機可以是任何合適的電動機，包括但不局限于步進電動機、伺服電動機或任何其他合適的交流或直流電動機。驅動裝置可以包括任何合適的作用器，作用器可能是磁、氣、水力、電力驅動的。線性執行器亦可以以任何合適的方式驅動。應知，圖9所示的Z-驅動裝置220的結構是的，Z-驅動裝置220可以是任何合適的結構。

參照圖10，此實施例顯示驅動區8000的一部分，例如自動輸送機械800的驅動器840。在此本實施例中，可使用任何合適數目的Z-驅動器。在一實施例中，任何合適的控制器例如控制器170可使每一Z-驅動的運動同步。Z-驅動的運動亦可以用任何合適的方式實現同步。另外，定子1310S可支撐在諸如線性軸承204A'、204B'上且依次連接到一對Z-驅動器206'、206"上。Z-驅動器206'、206"實質上類似上述的Z-驅動器206。此Z-驅動器亦可為任何合適的驅動機構。

現說明圖11，圖示為箱體205的部分示意圖。箱體205可如圖9和圖10所述利用Z-驅動器支撐於殼體201內。箱體205亦可用任何合適方式支撐於殼體201內。自動輸送機械諸如輸送機械800的驅動器840可通過安裝法蘭與任何合適的處理設備連接。為了阻止Z-驅動裝置220 產生的微粒進入基板處理環境中，需要在箱體205和安裝用法蘭202間裝備一個密封400。例如，密封400的一端和安裝用法蘭202連接，而另一端和箱體205連接。在本示例中，考慮到箱體205的Z軸運動，所示的密封400採用波紋管密封，但是在其他實施例中，密封材料可以是任何合適的材料，包括但不局限於，金屬、塑膠、橡膠和布料。在其他實施例中，密封400可以省略或用任何合適的隔離物來隔離穿過隔離物的空氣，例如室201的一部分、安裝用法蘭202和箱體205。

如圖11所示，箱體可包括第一定子208S、第二定子209S、編碼器410A、410B、410C和同軸驅動軸211、212。外面的驅動軸211可包括編碼標尺430A、支持面420A和第一電動機轉子208R。內部的驅動軸212包括一個編碼標尺430B，支持部件420B和第二電動機轉子209R。如圖11所示，為了示例，給出了沿Z軸縱向取向的驅動軸211、212(電動機主軸裝置的部件)。定子208S、209S和轉子208R、209R可組成上面所述的無軸承電動機/磁浮主軸軸承208、209。定子208S可包括一驅動器208D和軸承部件208B1、208B2，又如上所述定子可包括只提供轉動力、被動懸浮和/或徑向定位力的部件。但定子208S亦可包括多於或少於兩個的軸承部件。當給定子驅動器208D加電，定子驅動器208D與轉子驅動器208RD通過相互作用產生磁力引發轉子驅動器208RD繞著轉軸中心C1旋轉，從而旋轉外軸211。通過大體上相同的方法，利用定子驅動器分209D與轉子驅動器209RD，內軸212可繞軸C2的中心旋轉。隔離物210A、210B可放在每個定子208S、209S的上方，從而使轉子在一個環境中運轉而定子在另一個環境中運轉，如上圖3所述。此隔離物210A、210B實質上類似上述的隔離物210。

外軸211的旋轉中心C1可以用定子的軸承部件208B1、208B2和轉子的軸承部件208RB1、208RB2來控制。軸承部件可設置來提供例如，主動徑向軸承(例如，沿Rx和Ry)和被動懸浮(沿Rz)、被動徑向軸承和主動懸浮或者被動徑向軸承和被動懸浮。在本實施例中，軸承部件208B1、208B2均是主動軸承，但兩者之一亦可以是被動軸承部件。定子軸承部件208B1與轉子軸承部件208RB1相互作用來控制氣隙G1，而定子軸承部件208B2與轉子軸承部件208RB2通過相互作用例來控制氣隙G2。但應知，如上所述，隨著旋轉中心C1位置的改變，定子和轉子間的間隙會沿著電動機208的圓周改變。

同樣地，內軸212的旋轉中心C2可利用定子的軸承部件209B1、209B2和轉子的軸承部件209RB1、209RB2來控制。在本實施例中，軸承部件209B1、209B2均是主動軸承，但是在其他實施例中，兩者之一可以是被動軸承部件。定子軸承部件209B1與轉子軸承部件209RB1相互作用來控制氣隙G3，而定子軸承部件209B2與轉子軸承部件209RB2相互作用來控制氣隙G4。但應知，如上所述，隨著旋轉中心C2位置的改變，定子和轉子的間隙G3 和G4會沿著電動機209的圓周改變。輸送設備控制器，諸如控制器170和其他任何合適的控制器，可用來接收來自電動機208、209周邊不同點的位置測量資訊，使電繞組動作而將軸211、212定位於任何合適的預定位置和/或空間方位。

現說明圖11A。圖中顯示箱體205的部分示意圖。此箱體205大體與上面圖11所示者相似，因此相同編號代表相同構件及特徵。但在此實施例中，軸承部件208B1和209B2作為主動軸承，而軸承部件208B2'和209B1'作為被動軸承。在本實施例中，主動軸承部件208B2'、208B1'可以通過任何合適的方式來為轉子被動提供徑向穩定。然而，實際上，軸承部件亦可以具有任何合適的主動/被動軸承結構。例如，軸承208B1和208B2'可以是主動軸承而軸承209B1'和209B2可以是被動軸承(其中軸212在軸211內部而兩軸是同心的)。在其他示例中，軸承208B1和209B2可以是被動的而軸承208B2'和209B1'是主動的。在本實施例中，任何合適的控制器，諸如控制器170可驅動主動軸承部件208B1、209B2以使軸211、212定位於任何合適的預定位置。主動軸承208B2'和209B1’亦可作為它們各個主動軸承的支柱，從而通過諸如控制間隙G1、G2的大小來空間定位軸211、212。

現說明圖11B，圖為箱體205一部分的又一示意圖。此箱體大體與上面圖11所述類似，因此相同代號，代表相同構件。然而，在本實施例中，磁浮主軸軸承450、451 係與旋轉驅動器208'、209'分開或區別。軸承450、451大體上類似於上述的軸承部件208B1、208RB1、208B2、208RB2、209B1、209RB1。在本實施例中，驅動器208'可包括安裝在箱體205中的定子208S'和附接在軸211上的轉子208R'。驅動209'可包括安裝在箱體中的定子209S'和連接在軸212上的轉子209R'。磁浮軸承450可包括位於箱體中的第一軸承部件450A和與軸211連接的第二軸承部件450B。磁浮軸承451可包括位於箱體中的第一軸承部件451A和與軸212連接的第二軸承部件451B。雖然圖11僅示兩個磁浮軸承450、451(每個軸211、212上有一個)，實際上，與每個軸211、212連接的磁浮軸承可有任何合適的數目。磁浮軸承可以縱向分割(即分割段是縱向偏移的)以便使每個軸承450、451控制各個軸211、212沿著Rx、Ry軸的傾側。在其他實施例中，以任何合適的方式諸如通過所給的軸211、212間的合適軸承，軸可能彼此受到約束，從而使軸211、212保持同心，而軸承450、451把同軸杆211、212作為一個部件來穩定或控制它們的徑向位置和傾側(例如沿Rx、Ry)。

圖11C為箱體205的部分示意圖。此箱體大體與上面圖11所述類似。然而，在本實施例中，磁懸浮主軸軸承/定子208",209"顯示有一部件或零件，用來產生旋轉力、懸浮力、軸向力和/或平面X-Y(即徑向)的定位力(例如定子和被動軸承彼此結合成一單一驅動元件)。通過類似於上面圖11所描述的方法，磁懸浮主軸軸承/定子可以設置控制負重和提升。為了產生操縱驅動部的不同驅動力，磁懸浮主軸軸承/定子208"、209"可設置為成組的插入繞組。

圖11D-11F，顯示又一電動機結構的實施例。例如，可設置電動機1000、1010和大體上類似於控制器170的控制器1050，以便用電角度驅動一套公共的切換方程來產生三維力，包括圍繞驅動軸211、212旋轉軸的推進力、沿著Z軸的推進力和一沿著X和/或Y軸傾側、旋轉和定位軸1070的引導力。也就是說，通過使用一套公共的切換方程，電動機可產生至少一維、二維、三維力。這樣一個驅動結構的示例在2007年6月27日申請的，標題為「電磁推進和導航系統的切換」的美國專利申請號11/769,688中有所描述，該專利的內容併入本文中供作參考。

在本實施例中，驅動裝置1099的兩個電動機1000、1010可以提供例如至少七個自由度。例如，此處的杆211、212諸如通過它們之間合適的軸承來彼此保持同軸，兩個電動機可提供七個自由度。在另一示例中，杆211、212彼此不受約束(也就是杆可在所有軸上彼此相對移動)，兩個電動機提供的自由度可以達到諸如12個自由度。除非另有說明，驅動裝置1099實質上與上述圖11所描述的驅動部件類似。圖11D顯示一個驅動器，為了運輸工作，設置每個電動機1000、1010以便使它們沿著四個軸(也就是X、Y、Z和各個杆的旋轉)產生力。電動機也可以沿著Rx、Ry和Rz軸由定子繞組的不同部件產生的力來產生力矩。例如，在一實施例中，電動機繞組可以通過實質上與上述類似的方法來沿軸向分段。例如當杆211、212如上所述彼此保持同軸時，它們的一推進系統利用諸如洛倫茲力來幫助其繞Z軸的推進(也就是外杆211的旋轉Rz1和內杆212的旋轉Rz2)、沿Z軸的懸浮以及利用諸如洛倫茲力和利麥克斯韋力沿著X、Y軸實現間隙控制。其中杆不受彼此的約束，沿著每個定子的圓周利用諸如縱向偏移繞組段，通過諸如沿著Rz軸的不同懸浮力，每個軸211、212分別產生側傾(Rx、Ry)力矩。另外，推進系統亦可以通過任何合適的方法沿著Rx、Ry、Rz1、Rz2、Z、X、Y軸/平面推進杆211、212。

在圖11D所示的實施例中，電動機1000、1010分別包括位於諸如箱體205中的繞組1000A、1000B和1010A、1010B。每一繞組1000A、1000B、1010A、1010B可包括各自的繞組1065，如圖11F中繞組1000A所示。此外，繞組和/或各自的繞組亦可以是任何合適的結構，例如，美國專利申請號2005/0264119中所描述的「Z」字形或梯形繞組結構。上述繞組10000A、1000B及1010A、1010B可用作為控制器1050之一部件的放大器1051來驅動。放大器1051可與控制器1050分開。放大器1051可以是任何合適的放大器，例如，能夠分開或者一起驅動繞組1000A、1000B、1010A、1010B各個繞組1065的多通道放大器。繞組1000A和1010A可以具有相同的取向，也可以分別與1000B和1010B定向成大約90度角。為了利用繞組產生的合成力穩定支撐轉子(和軸)，繞組亦可以有任何合適的機械角關係，可以大於或小於90度。如上所述，繞組也可以具有合適的對應電角度轉換，來構成與各自軸轉子協作的無軸承轉子。

在圖11D所示的實施例中，驅動裝置1099的每一杆211、212包括磁轉子1000P、1010P。磁轉子1000P、1010P可包括永磁體組，但亦可不含永磁體，由諸如鐵磁材料構成。每一轉子1000P、1010P可設置成磁體組，可以環繞各自的軸211、212的圓周延伸。在一實施例中，如圖11E所示，轉子1000P、1010P的磁體組可以用面向繞組1000A、1000B、1010A、1010B的交互北極1101和南極1102來設置。在其他實施例中，轉子1000P、1010P可以具有任何合適的結構，包括但不局限於2007年6月27日申請的，標題為「電磁推進和導向系統的切換」的美國專利申請號11/769,688中所述的結構。為了驅動此處所描述的軸裝置和杆，繞組和磁體壓板亦可以具有任何合適的結構。

任何合適的感測器系統，諸如下面圖12-15B所描述的感測器，可以感測位置，諸如各個杆211、212和/或軸裝置1071的座標x、y、z、Rx、Ry、和Rz。在其他實施例中，轉子和定子的相對運動可以產生往回的電動力，通過諸如不同的回路電壓，能夠提供沿著任何方向相對於磁體組的位置資訊，其中每個繞組包括多個回路。此外亦可使用任何合適的感測器系統。

如上所述，可以使用一套常用的轉換方程利用電角度偏移來校正電角度，從而控制軸裝置1071在X和/或Y方向的平面運動、軸裝置1071的Rx、Ry的傾側、每個杆211、212的Rz1、Rz2旋轉以及軸裝置1071沿著Z軸的旋轉。亦可以通過任何合適的方式來控制驅動裝置元件的運動。在本實施例中，兩個電動機1000、1010可以為驅動系統1099提供諸如七個自由度。但此驅動裝置1099可包括如上所述圖9的Z-驅動裝置。

再次說明圖11和圖12，可以藉任何合適的編碼器，例如編碼器410A、410B和其編碼標尺430A、430B跟蹤外軸211和內軸212的旋轉位置。轉子和定子的相對動作可產生往回的電動力，提供如上所述的位置資訊。在本實施例中，編碼器410A、410B可構成得具有發射器412和讀取頭411的光學編碼器。但亦可將編碼器構成為任何合適的編碼器，包括但不局限於光學、反射、電容、磁性和感應編碼器。編碼標尺430A、430B可以是任何合適的標尺，設置其准許編碼器跟蹤它們各個軸的旋轉位置。如圖11所示，在一實施例中，編碼器410A可安裝在箱體205上，與可安裝在外軸211上的標尺430A相互作用。編碼器410B可安裝在箱體205上，可與安裝在外軸212上的標尺430B相互作用。在其他實施例中，標尺可位於箱體上而編碼器可位於各個驅動軸上。編碼器和編碼標尺亦可具有任何合適的結構。編碼器410A、410B的位置輸出信號，可被諸如控制器170用來提供關於與連接到連接臂的各自杆和/或電動機換向位置的回饋資訊。

如圖12所示，編碼發射器412和讀取頭411可連接到能插入箱體中的編碼器框架或模組500上。編碼器框架可以由任何合適的材料構成，包括真空環境中使用的材料。可設置編碼器框架500以便使發射器412和讀取頭411沿著箭頭A和B移動，從而允許校正關於編碼器標尺430A的編碼器。在編碼器412和讀取頭411間可以使用任何合適的密封510E、510C，可以設置編碼器框架500來阻止任何微粒進入基板處理環境中。在編碼器412和讀取頭411間可以使用合適的密封510A、510B，可以設置箱體205來阻止任何微粒進入基板處理環境中。需注意，編碼器410B實質上類似於編碼器410A。在備選實施例中，可設置編碼器框架500，以便使編碼發射器和讀取頭處在與基板處理環境隔開的環境中，通過光學視口來降低材料漏入諸如真空處理環境中的數量。在其他實施例中，可以利用任何合適的回饋器件，包括但不局限于，霍爾效應感測器、感應式感測器和分解器。

圖12A，顯示又一實施例之編碼器結構。在本實施例中，箱體205'可以具有凹槽或開口530A、530B，以便使感測器或模組550A、550B插入其中。凹槽530A、530B可以具有能允許感測器元件411'、412'感側編碼器標尺430A的視口560A、560B。模組550A、550B可具有任何合適的形狀和結構。例如，可設置模組550A、550B，以便能使它們插入各自的凹槽530A、530B中，感測器411'、412'彼此間對準以及和編碼器標尺對準。在其他實施例中，可在凹槽內調整模組以便使感測器能和各自的編碼器標尺對準。應知，圖12A所示的模組550A、550B是隔開的，模組550A、550B亦可以是單一的結構(例如一塊)。在本實施例中，模組550A可包括位於模組550A的編碼器讀取頭411'，以便當模組550A插入箱體205'中時，讀取頭411'與視口560A對準。在本實施例中，讀取頭411'可在模組550A和箱體205'間形成一密封570A，從而阻止任何氣體洩露或者污染物進出基板處理區域。但是亦可以通過任何合適的方法在讀取頭和箱體間形成密封。在其他實施例中，與讀取頭411'隔開的一個「窗戶」或者一個光學性質明確的材料可能蓋住或封住視口560A。模組550B可包括位於模組550B上的編碼發射器412'，以便當模組550B插入箱體205'中時，讀取頭412'與視口560B對準。在本實施例中，讀取頭412'可在模組550A和箱體205'間形成一密封570B，從而阻止任何氣體洩露或者污染物進出基板處理區域。在其他實施例中，可以通過任何合適的方法在讀取頭和箱體間形成密封。在其他實施例中，與讀取頭412'隔開的一個「窗戶」或者一個光學上明確的材料可以蓋住或封住視口560B。為了提供關於軸方向、平面位置和旋轉位置的回饋資訊，550A、550B模組可與控制器諸如控制器170連接。圖中所示的模組550A、550B只是例示目的，該模組550A、550B可具有任何合適的結構和/或包括任何合適類型的感測器，包括但不局限於感應式和電容式感測器。

編碼器410A、410B、550A、550B還可用來測量諸如定子和轉子208、209間的一或多個間隙G1-G4。例如，標尺430A可設置得使由編碼器來測量氣隙，亦可以通過任何合適的方式來設置編碼器測量氣隙。另外亦可將額外的編碼器或其他回饋器放置在，例如軸211、212，的附近來測量一或多個間隙G1-G4。

現說明圖13，圖示為用來檢測驅動軸211的諸如旋轉位置、軸向位置、X-Y平面位置的一感測器結構1100。在本實施例中，感測器結構1100可構成作為一種非侵入式感測器，以至使在諸如隔離真空環境和大氣環境的隔離物210中不需要光學視口或導口。

圖13的感測器結構可利用磁路原理來確定諸如從鐵磁標的物1110(可裝設在諸如轉子或驅動軸上)到感測器或讀取頭框架的距離。鐵磁標的物可以具有任何適宜的輪廓(例如，用於旋轉驅動件的曲線或用於線性驅動件的平直)和嵌入其中的任何適宜的形狀(容後詳述)。在本實施例中，感測器或讀取頭1120包括許多元件，例如，鐵磁元件1122、永磁鐵1123、鐵磁感測器1124A-1124D和一個安裝基板1125。永磁鐵1123可以具有任何合適的形狀，例如圖13所示的圓柱形。永磁鐵1123的磁極可與安裝基板平行定向，但亦用任何方式定向。又磁感測器1124A-1124D可以是任何適當的磁感測器，包括但不局限于霍爾感測器、磁簧開關和磁阻器。

鐵磁元件1122可具有任何合適的形狀，例如圖13所示的杯狀。鐵磁元件1122可以與永磁鐵1123相對放置，以便使與永磁鐵1123的杯狀同心。在備選實施例中，鐵磁元件1122與永磁鐵1123可具有任何適當的位置關係。永磁鐵1123可以以任何適當的方式與鐵磁元件1122的中心連接在一起，例如通過磁吸力、機械緊固件和/或粘結劑。永磁鐵1123和鐵磁元件可配置形成磁路，用以沿著特定磁路形成密度均勻的磁通。在圖13所示的實施例中，磁通密度可以沿著圓圈1127均勻分佈。

在本實施例中，四個磁感測器1124A-1124D係沿著圓圈1127所標示的均勻磁路配置，使其輸出實質上相同。但亦可沿著均勻磁路配置任何合適數目的磁感測器。為了處理感測器的輸出信號來優化輸出信號1128的品質，可將磁感測器的輸出傳送至任何合適的調整回路1126。應知，增加讀取頭1120中磁感測器的數目可增加讀取頭1120的雜訊抗擾性。亦可對磁通線以交替改變配向成對裝設磁感測器。此成對的感測器每一對都提供差分輸出，用以提高讀取頭位置到任何讀取信號器之信號通路上的雜訊抗擾性。磁感測器亦可以任何合適的方式裝設。

操作時把鐵磁標的物1110置於讀取頭1120的前面，通過磁感測器1124A-1124D感測，可以改變磁通密度向量從而修正鐵磁感測器1124A-1124D的輸出信號1128。鐵磁標的物1110和讀取頭1120間的距離或間隙1130會影響輸出信號1128的數值。同時，永磁鐵1123和鐵磁元件1122的形狀可予以優化使讀取頭1120的操作範圍(例如，距離1130)達到最大。

圖13所示之感測器的結構，如圖14所示，可通過隔離物210以非侵入方式感測，例如轉子1200R和定子1200S間的間隙。圖14顯示圖13所述感測器結構的一部分。在本實施例中，鐵磁標的物可以是轉子支持物1210，但此標的物可以是任何合適的鐵磁標的物。讀取頭1120可與轉子支持物1210相互作用，以便使磁通線從讀取頭1120穿過隔離物210抵達轉子支持物1210後再返回到感測器1124。感測器信號可以被送到任何合適的電子器具，例如用以讀取信號和測定間隙1130大小的控制器170。

圖14A和14B顯示感測回饋系統之另一實施例。如圖14A所示，感測回饋系統包括一個鐵磁標的物1340和三個感測器1350-1370。回饋系統亦可包括多於或少於三個感測器。在本實施例中，鐵磁標的物可以是轉子支持物，但亦可以是任何適宜的鐵磁標的物。由圖14B可知，鐵磁標的物1340可作為轉子1300R使用於電動機例如圖4A和4B所述的電動機中。嵌入轉子支持物1340表面1390的轉子支持物1340可以具有若干輪廓。在本實例中，絕對磁軌1330和增量磁軌1310可嵌入或形成在支持物1340中。為了適當跟蹤轉子1300R的位置，絕對磁軌1330和增量磁軌1310可包括任何合適的輪廓(例如，凸形、凹形、凹槽形)。轉子1300R亦可以具有任何合適的形狀佈局。且其可與轉子1300R隔開而位於驅動部內部任何合適的位置。應知，鐵磁目標可作為轉子支持物，但亦可與轉子分開。例如，鐵磁目標可附接在任何適宜的位置，例如，本實施例中所述的驅動軸上。

感測器1350-1370可彼此類似且與上述的讀取頭1120類似，同時亦可為任何適宜的感測器。在本實施例中，感測器1350-1370可對轉子1300R設置得使每個感測器提供不同的感側讀數。例如，可以將感測器1350對準絕對磁軌輪廓1330排列以形成絕對位置感測器，可將感測器1360對準轉子支持物1340的非異型表面1320的介面排列以形成間隙感測器。亦可以將感測器1370對準增量磁軌輪廓1310排列以形成增量位置感測器。感測器亦可以沿著各個鐵磁目標配置，用以提供任何合適的位置資訊。可用於驅動器的其他適宜的回饋系統，在2008年6月27日申請的申請號為11/769,651的美國專利中有所描述，該專利標題為「無軸承電動機的位置回饋」，其內容併入本文供作參考。

箱體205可包括任何合適的感測器，例如，圖11中所示的感測器410C，用以沿Z軸方向的位置感測箱體205。感測器410C類似感測器410A、410B。在其他實施例中，感測器410C可以是具有合適結構的任何感測器，包括並不局限于本文所述的感測器。

現再說明圖11，當電動機208、209繞組未通電時，電動機/磁懸浮主軸軸承208、209可不支持驅動軸211、 212，例如當輸送設備(例如輸送機800)關機或斷電時。可將箱體205和/或軸211、212配置得使繞組在無通電時，軸211、212可由任何合適的方式支持。如圖11所示，箱體205可包括一個支持面421A而該外軸211可包含一個以適宜方式連接到軸上的支持部件421B。此支持部件421B可以與外軸211組成單一結構。隨著繞組208B1、208B2去電，外軸211即下降而使支持部件412B停在支持表面421A上。應知，當繞組208B1、208B2不通電時，為了穩定支持軸211，支持面421A和支持部件421B的形狀和/或結構可以是任何合適的形狀和/或結構。

外軸211也可有一個支持面420A，內軸212可有一個支持部件420B。在本實施例中，所示的內軸212的支持部件420B與軸212係成單一結構，但支持部件420B亦可以是以適宜方式連接到軸212上的獨立部件。隨著繞組209B1、209B2去電，內軸即降下而使內軸的支持部件420B與外軸211的支持面420A相互作用而支持內軸212。當繞組209B1、209B2不通電時，為了穩定支持軸212，支持面420A和支持部件420B可以具有任何適宜的的形狀和/或結構。

圖11所示的支持面和支持部件僅作示範目的，當輸送設備處於斷電狀態時，軸211、212可以任何合適的方式支持。例如，可以任何適宜的支持物，包括但不局限於球形軸承、滾子軸承和/或適宜的軸襯支持。在其他實施例中，永磁鐵可配置於箱體中靠近外軸211和內軸212的位置，使其與配設於軸211、212上之對應的永磁鐵相互作用，而於輸送裝置關機時支持軸211、212。應知，使用永磁體用來支持軸211、212時，繞組208B1、208B2、209B1、209B2可有足夠的力量克服永磁體產生的磁力，因此可使軸的旋轉中心定位。

現在參照圖15-17說明操作之一實施例。如上所述，軸211、212可以任何適宜的方式連接到傳送設備的連接臂上。

如圖15所示，控制器(例如控制器170)可設置來激勵定子208S和209S的電動機繞組，使其產生徑向和/或切向力，從而使轉子208R、209R以α角沿著Z軸傾側，引起軸211、212的縱向中心C1、C2對圖15所示的箱體205和/或定子208S、209S(即，主軸600繞著X和/或Y軸旋轉)的中心Z1傾側。如圖15所示，氣隙G1-G4朝著箱體205的底部205B增加(僅例示)。實際上，氣隙可依對X-Y平面的傾側方向增加或減少。控制器可設置來激勵定子208S、209S的繞組，使氣隙G1-G4和傾側角α在機械臂伸長和收縮時得以維持。在其他實施例中，通電繞組可在機械臂伸長或收縮之後來傾側主軸600。主軸600亦可以在機械臂工作中隨時傾側。傾側可以沿著任何合適的方向，例如沿著X方向傾側Rx、沿著Y方向傾側Ry或同時沿著X、Y方向傾側。傾側角α僅受諸如定子208S、209S和轉子208R、209R間之氣隙G1-G4大小的限制。

如圖16所示，繞組亦可被激勵，使主軸600沿著X- Y平面移動，並使軸211、212的中線(即主軸600)與Z軸保持平行。圖6中，軸211、212的縱向中線或旋轉中心離開諸如箱體205的中線Z1或驅動系統內任何其他合適的位置一個距離D。圖16所示的氣隙G1-G4大致等同於上面所述，但氣隙的大小係依在定子/轉子周邊的測量點而不同。主軸在X-Y平面(例如X-Y平移)內之移動距離D可能僅受限於氣隙G1-G4的大小。

X-Y平移和/或主軸設備600的傾側以及與之連接的機械臂800可用來微調機械臂800的位置，以便使位於末端作用器830上的基板適宜地空間定位在基板處理室、負載鎖、定位器、基板盒或用於處理和/或存儲基板的任何其他適宜的設備中或設備上。例如，圖17之輸送裝置900和基板台910的示意圖所示，輸送裝置包括一個主軸設備600和一個如上所述的機械臂800。基板台910可以是用以支持、存儲和/或處理基板的任何合適的台，例如基板定位器。在本例中，將輸送裝置安裝使其主軸600'的中線(例如，當主軸和定子間的氣隙大致相同時)不與基板台910的基板底座面911垂直。於是，位於機械臂800的末端作用器830上的基板S可不和基板底座面911平行。如上面所述將輸送裝置900電動機的繞組通電，使主軸在X-Y平面以α’角傾側，以便當基板放置在基板台910上時，使基板S大體上平行於基板底座面911。主軸裝置600也可在X和/或Y方向平移，來微調末端作用器以及捉持在末端作用器上的基板S的方向和/或位置。此外，藉沿著基板平移的方向傾側主軸和諸如沿Z方向移動基板來放置基板時的主軸傾側，可以實現基板在X和/或Y方向的平移。在微調末端作用器的方向和/或位置時，可使末端作用器平置於或大體平行於基板底座表面或平面，末端作用器的位置可以在X-Y平面內調整，而無需旋轉、伸長或收縮自動機械臂。藉控制主軸裝置600的中線來微調末端作用器的位置，亦可用來抵消機械臂800的下垂或其他合適的目的。

另外，圖17所示的基板台910可包括一個大致上類似於上述圖15-17所示的驅動系統，從而使裝設在定位電動機驅動軸上的基板底座面，可以如本文所述實現傾側和/或平移。

上述實施例中的驅動部包括七個自由度，包括X、Y、Z、Rx、Ry、Rz1和Rz2。在一實施例中，Rz1和Rz2分別與軸211和212相關。X、Y、Rx和Ry與主軸600的位置和傾側相關(即轉子208R、209R的位置偏移)。Z與箱體205(和機械臂800)沿著Z軸的運動相關。在另一個實施例中，二個電動機208、209提供了六個自由度，同時Z-驅動裝置220提供第七個自由度。又如圖11D-11F所示其他實施例中，由兩個電動機提供七個自由度，同時Z-驅動裝置220提供第八個自由度。

如上所述，驅動裝置的自由度數不局限於七個，亦可多於或少於七個。例如，輸送裝置可安裝在可移動的箱體上，使整個輸送裝置在一維、二維或三維方向平移。又上述驅動系統亦可以具有多於或少於兩個驅動軸。

驅動裝置的多個自由度允許基板之微調平和定位，同時抵消輸送裝置和基板台間和/或來自基板輸送裝置懸臂效應引起的任何傾斜間的偏位。由本實施例的驅動部提供的磁浮主軸軸承，也可備有一個非潤滑式旋轉軸，以減少任何微粒進入基板處理區的機會。此種磁浮主軸軸承也可降低，由於在潤滑驅動部的主軸使用之潤滑脂或其他潤滑劑產生的放氣。

為了驅動自動輸送機械或其他設備的電動機，包括但不局限於基板定位器，本文所述的實施例可單獨使用或以任何合適的方法結合使用。雖然本發明針對旋轉電動機加以描述，但實際上所述實施例同樣可用於線性電動機驅動系統。

100‧‧‧基板處理裝置

105‧‧‧前置部

110‧‧‧後置部

115‧‧‧基板保持用匣盒

120‧‧‧自動機器人

125‧‧‧處理模組

130‧‧‧自動機械臂

135‧‧‧負載鎖A

140‧‧‧負載鎖B

150‧‧‧驅動部

155‧‧‧機械臂

160‧‧‧腕關節

162‧‧‧對準器

165‧‧‧末端作用器

170‧‧‧控制器

173‧‧‧處理器

175‧‧‧中央室

178‧‧‧記憶體

180、185‧‧‧開口

190‧‧‧驅動器

195‧‧‧末端作用器

215‧‧‧處理基板

圖1顯示備有本發明實施例之特徵的基板處理設備的示意平面圖；圖2顯示備有本發明一實施例的特徵之基板輸送裝置；圖3顯示本發明之一實施例的基板輸送驅動部的示意剖面圖；圖4A和4B顯示本發明一實施例的基板輸送驅動部的示意剖面圖；圖5顯示本發明一實施例的基板輸送驅動部的示意剖面圖；圖6A-6F分別顯示本發明其他實施例的基板輸送驅動部的各部分示意圖；圖6G顯示根據本發明實施例施加外力的圖表；圖7顯示本發明實施例的驅動部的示意圖；圖7A圖為施加外力於圖7中之驅動部的說明圖；圖8顯示本發明實施例的輸送驅動部的部分示意圖；圖9顯示本發明實施例的基板輸送驅動部的示意剖面圖；圖10是本發明實施例的基板輸送驅動部的另一示意圖；圖11是本發明實施例的輸送驅動部的示意圖；圖11A是本發明實施例的基板輸送驅動部的另一示意圖；圖11B是本發明實施例的基板輸送驅動部的又一示意圖；圖11C是本發明實施例的基板輸送驅動部的又另一示意圖；圖11D-11F是本發明實施例的基板輸送驅動部的示意圖；圖12是本發明實施例的驅動部回饋系統的示意圖；圖12A是本發明實施例的驅動部回饋系統的又一部分示意圖；圖13是本發明實施例的驅動部回饋系統的又一部分示意圖；圖14是圖13中之驅動部回饋系統的示意圖；圖14A和14B是本發明實施例的驅動部回饋系統的一部分示意圖；圖15是圖11所示實施例之基板輸送驅動部的另一部分的示意圖；圖16是圖11所示本發明實施例基板輸送驅動部的另又一部分示意圖；及圖17是本發明實施例的基板輸送的示意圖。