TWI672444B - 用以支承、定位及移動一物體之至少一者之設備及其底座、旋轉模組及用以支承、定位及移動一物體之至少一者之方法 - Google Patents

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Abstract

一種用以支承、定位及/或移動一物體的設備係說明。設備具有一底座(30)及一載體(50)，載體相對於底座(30)係為可移動的。設備更包括至少三個磁性軸承，載體(50)係藉由此至少三個磁性軸承以非接觸方式於底座(30)上，使得載體可相對於至少一預定方向(2)位移，其中此些磁性軸承(10)之至少二者係裝配成複數個主動可控制磁性軸承。此設備具有至少一阻尼單元(100)，固定於載體(50)或底座(30)。

Description

用以支承、定位及移動一物體之至少一者之設備及 其底座、旋轉模組及用以支承、定位及移動一物體之至少一者之方法
本揭露之數個實施例是有關於一種用以支承、定位及/或移動一物體之設備，此物體特別是數個基板。更特別是，一種裝配以於一真空腔室中非接觸地支承、定位及/或移動一物體之磁性懸浮系統係說明。數個實施例係更有關於一種用以支承、定位及/或移動一物體之一設備之底座。再者，數個操作用以支承、定位及/或移動一物體之一設備之方法係說明。
針對處理用以生產例如是顯示應用之半導體元件之基板來說，比較大面積之基板係經歷數種形式之表面處理製程。舉例來說，此些基板之表面係經過機械或化學處理，以舉例為形成塗層或表面結構於基板上。特別是在例如是濺射、物理氣相沈積或化學氣相沈積之表面處理製程必須執行時，一些表面處理製 程係在潔淨室條件下或甚至在真空中執行。化學氣相沈積可能亦為電漿支援(plasma-supported)之化學氣相沈積。
既然有時必須形成微米或甚至奈米範圍中之結構於基板上，於基板之平面中及正交於所述之平面之此些基板之非常準確定位係有利的。
有關於基板環境之粒子自由度之需求係讓應用非接觸固定基板及對應之支承、定位及/或位移驅動器為有利的。空氣軸承只在某些條件中適用於高純度製造環境，因為它們可能在基板附近導致不需要的氣流。在基板附近導致不需要的氣流可能有時會妨礙基板處理中之維護準確性。
所謂的磁性晶圓平台(magnetic wafer stages)、或磁性支承或定位設備亦存在而具有底座及支撐物體之載體。為了提供於底座上之載體之非接觸固定，一般係提供數個磁性軸承。此些磁性軸承各具有距離感測器及控制電路。此些磁性軸承係以懸吊狀態支承載體於距底座之一特定距離處。
特別是在真空環境中而言，應用主動控制及電性可控制之磁性軸承係證實為極度複雜的。
對於真空技術之領域中的應用來說，足夠之真空適用(vacuum-compatible)之材料係當作元件部件且用於殼體之元件，特別是金屬係當作元件部件及用於殼體之元件。然而，此可能不利地影響個別之磁性軸承之磁性操作。電磁致動器之電性控 制可能致使金屬元件中形成渦流(eddy currents)，而可能妨礙一或多個磁性軸承之操作。
在經由數個主動控制之磁性軸承來磁性及非接觸固定載體於底座上之情況中，可能發生振動及共振現象。在利用數個主動控制之磁性軸承非接觸固定載體之情況下，可模擬出載體及/或底座之振動。載體及/或底座之振動係難以完全地藉由控制工程技術來克服。
由於非接觸固定載體於底座上之故，載體可能經歷所謂的剛體振動。然而，由於磁性非接觸支撐之故，載體可能亦激振成彈性共振，其中載體係遭受某種彈性變形。為了取得載體於底座上之高準確定位，此些變形應亦列入考量。載體應不只是視為剛體，但載體係經歷原有的振動及振動相關之變形。此些可因利用磁性軸承來非接觸固定載體產生。
因此，本揭露之一目的係提供一種利用數個磁性軸承來用以支承、定位及/或移動一物體之改善之設備。藉由此改善之設備，載體及/或底座之不可避免的振動可較佳地控制或可大量地消除。其他目的係利用簡單、真空能使用(vacuum-capable)、強健及普遍可用之手段來減少載體於底座之振動及共振，或最小化在主動控制之磁性軸承上振動的效應。
有鑑於上述，提出一種用以支承、定位及/或移動一物體之設備。再者，提出一種用以支承、定位及/或移動一物體之 一設備之底座。再者，提出一種操作用以支承、定位及/或移動一物體之一設備之方法。具有優點之設計係為附屬申請專利範圍之標的。
根據本揭露之一方面，提出一種用以一物體之支承、定位及/或移動的設備。設備具有一底座及一載體，載體相對於底座係為可移動的。此設備更包括數個磁性軸承，用以非接觸地支承載體於底座，此些磁性軸承之至少二者係裝配成數個主動可控制磁性軸承。載體可非接觸地支承於底座，以於一傳送方向中為可位移的。設備包括至少一阻尼單元，固定於載體或底座。
於一些實施例中，阻尼單元係為機械式阻尼單元。於一些實施例中，阻尼單元包括一已調變或可調變之阻尼器，特別是一質量阻尼器或一振動阻尼器。
於一些實施例中，阻尼單元包括一被動阻尼單元、一半主動阻尼單元、及/或一主動阻尼單元、或其之組合。
於一些實施例中，至少一阻尼單元係固定於載體。至少一阻尼單元係替代地或額外地固定於底座。
於一些實施例中，載體可於一基頻激發而振動，且此至少一阻尼單元具有至少0.1之阻尼比D。
根據本揭露之其他方面，提出一種用以一物體之支承、定位及/或移動的設備。設備具有一底座及一載體，載體相對於底座係為可移動的。此設備包括至少三個磁性軸承，載體係藉由此至少三個磁性軸承非接觸地支承於底座，使得載體可相對於 至少一預定方向位移。此至少三個磁性軸承之至少二者係裝配成數個主動可控制磁性軸承。
經由此些磁性軸承非接觸地固定於底座上之載體可至少於一基頻激發而振動。特別是如果浮動或非接觸支撐載體於底座上係暴露於外部干擾時，振動激發可經由此至少三個磁性軸承之磁性支承件以強制方式產生。
設備可設置有至少一機械式阻尼單元，固定於載體或底座且具有至少0.1之一阻尼比D。機械式阻尼單元可致使載體之振動的針對特定目標(targeted)或寬頻衰減。此處之一目標可抑制載體之基頻之5倍到10倍之間的範圍中之載體的振動激發。為了達成此目標，使用具有至少0.1之一阻尼比之分離的機械式阻尼單元可為足夠的。
根據本揭露之其他方面，提出一種設備之一底座，設備用以一物體之支承、定位及/或移動。底座包括一底座主體及數個主動可控制磁性軸承之至少二個電磁致動器。此些主動可控制磁性軸承之此至少二個電磁致動器係配置於底座主體，用以非接觸地支承一載體於底座主體，使得載體係於一傳送方向中相對於底座主體為可位移的。再者，至少一阻尼單元係固定於底座主體。
底座主體可為靜止底座主體，舉例為包括可固定於一真空腔室之數個靜止軌道。或者，底座主體可為可移動地固定在舉例為一真空腔室中。舉例來說，底座主體可為一旋轉模組之 一可旋轉之轉子之一部份，或可為一軌道切換裝置之一部份。軌道切換裝置之此部份可在一軌道切換方向中為可移動的。
根據本揭露之其他方面，提出一種旋轉模組。旋轉模組包括一真空腔室；以及一轉子，可旋轉地固定於真空腔室中。轉子包括一底座。底座包括一底座主體及數個主動可控制磁性軸承之至少二個電磁致動器。此些主動可控制磁性軸承之此至少二個電磁致動器係配置於底座主體，用以非接觸地支承一載體於底座主體。再者，至少一阻尼單元係固定於底座主體。
根據本揭露之其他方面，提出一種設備之一載體，設備用以一物體之支承、定位及/或移動。載體係裝配以非接觸地支承於一底座及/或經由數個磁性軸承相對於底座為可移動的，其中磁性軸承之至少二者係裝配成數個主動可控制磁性軸承。至少一阻尼單元係固定於載體。
根據本揭露之一方面，提出一種操作一設備之方法，設備用以一物體之支承、定位及/或移動。方法包括主動地控制至少二個磁性軸承，用以非接觸地支承一載體於一底座；以及利用至少一阻尼單元抑制載體及底座之至少一者之數個振動，此至少一阻尼單元固定於載體或底座。
本揭露之其他方面、優點及特徵係透過說明及所附圖式更為清楚。為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
1、1000、1001、1003、1004‧‧‧設備
2‧‧‧預定方向
10‧‧‧磁性軸承
11‧‧‧控制電路
12‧‧‧電磁致動器
14‧‧‧鐵心
15‧‧‧電子單元
16‧‧‧線圈
18‧‧‧配對物
20‧‧‧距離感測器
22‧‧‧控制器
23‧‧‧減振器
24‧‧‧放大器
25‧‧‧設定點編碼器
26‧‧‧距離
28‧‧‧動作感測器
29‧‧‧中央控制器
30、107‧‧‧底座
32、34‧‧‧導引軌道
36‧‧‧驅動軌道
38‧‧‧驅動器
40‧‧‧線圈配置
42‧‧‧永久磁鐵配置
50‧‧‧載體
51、106‧‧‧側壁
52‧‧‧電源供應裝置
54‧‧‧空腔
100‧‧‧阻尼單元
102‧‧‧殼體
103‧‧‧後壁
104‧‧‧內部體積
105‧‧‧前壁
108‧‧‧蓋
109‧‧‧周圍凸緣部份
110‧‧‧被動阻尼器
111‧‧‧穿孔
112‧‧‧阻尼質量
114、116‧‧‧內壁
115‧‧‧縫隙
120‧‧‧吸振器
130‧‧‧阻尼元件
140‧‧‧彈性可變形固定元件
142‧‧‧葉片彈簧
144‧‧‧固定支撐件
150‧‧‧第一最大值
152‧‧‧第二最大值
200‧‧‧點虛線
201‧‧‧點線
202‧‧‧實線
203‧‧‧虛線
710、720‧‧‧方塊
1010‧‧‧物體
1020‧‧‧上軌道
1030‧‧‧下軌道
1100‧‧‧旋轉模組
1101‧‧‧真空腔室
1102‧‧‧轉子
A‧‧‧旋轉軸
V‧‧‧垂直方向
為了使本揭露的上述特徵可詳細地瞭解，簡要摘錄於上之本揭露之更特有之說明可參照數個實施例。所附之圖式係有關於本揭露之數個實施例且係說明於下方。典型實施例係繪示於圖式中且於下文中詳細說明。此些係繪示出第1圖繪示根據此處所述實施例之用以支承、定位及/或移動物體之設備之透視圖；第2圖繪示具有控制電路之磁性軸承之示意圖，控制電路包括電子單元；第3圖繪示三個不同阻尼單元之轉移函數之示意圖，此示意圖係繪示相對於振動頻率之正規化的振幅；第4圖繪示在相位空間中之三個不同阻尼單元之轉移函數之其他示意圖；第5圖繪示利用分貝為單位之阻尼振幅之對數圖之三個不同阻尼單元之轉移函數之其他示意圖；第6圖繪示在不具有阻尼單元及具有三個不同阻尼單元之相對於振動頻率之振幅域中，載體之振動行為之其他示意圖；第7圖繪示根據此處所述實施例之兩個阻尼單元連接於用以支承、定位及/或移動物體之設備之載體的示意圖；第8圖繪示阻尼單元之殼體之單獨示意圖；第9圖繪示通過第8圖之阻尼單元之剖面圖A-A；第10圖繪示通過替代之阻尼單元之剖面圖；第11圖繪示根據此處所述實施例之設備之剖面圖； 第12圖繪示根據此處所述實施例之設備之剖面圖；第13圖繪示根據此處所述實施例之設備之剖面圖；第14圖繪示根據此處所述實施例之設備之剖面圖；第15圖繪示根據此處所述實施例之具有設備之旋轉模組之剖面圖；以及第16圖繪示根據此處所述實施例之操作設備之方法的流程圖。
詳細的參照將以本揭露之數種實施例達成，數種實施例的一或多個例子係繪示於圖式中。各例子係藉由說明的方式提供且不意味為一限制。舉例來說，所說明或敘述而做為一實施例之部份之特徵可用於任何其他實施例或與任何其他實施例結合，以取得進一步之實施例。此意指本揭露包括此些調整及變化。
在圖式之下方說明中，相同之參考編號係意指相同或類似之元件。一般來說，只有有關於個別實施例之相異處係進行說明。除非另有說明，一實施例中之一部份或方面之說明係亦應用於另一實施例中之對應部份或方面。
一種提供而用以支承、定位及/或移動物體之設備係包括底座及載體，載體係相對於底座為可移動的。設備包括至少三個磁性軸承，用以非接觸地支承載體於底座上，其中載體可在至少一預定方向中沿著底座位移。此至少三個磁性軸承之至少兩者係裝配成主動可控制磁性軸承。
經由磁性軸承非接觸地固定於底座上之載體可至少於一基頻激發而振動。設備係設置有至少一機械式阻尼單元，可固定於載體或底座。此至少一機械式阻尼單元之阻尼比D係選擇地至少為0.1。
阻尼比D係為阻尼單元之無因次常數，基於線性阻尼振盪器來表示衰減量。在彈簧/質量振盪器或單質量振盪器中，阻尼度(the degree of damping)或阻尼比可規定為商(quotient)D=，其中m表示阻尼質量、k表示彈簧常數或彈簧勁度(spring stiffness)、及d表示阻尼常數。於阻尼單元之其他設計中，阻尼比D表示在振盪之數學表示式中之區域函數(local function)之一階微分前的一個因子。
在用以支承、定位及/或移動物體之設備之典型實際應用中，單獨藉由主動磁性軸承之電性控制，或僅具有不相稱之高技術複雜性來說，在載體之基頻的5倍及10倍之間的範圍中係難以減少或抑制載體之振動或共振。就此而言，為5及10倍之間的載體之基頻的頻率範圍可視為臨界調節範圍。
非接觸及磁性固定載體於底座上係藉由載體以一基頻相對於底座之至少一振動來表示特性。基頻可為載體之一或多個剛體振動之頻率。由於非接觸及磁性固定載體於底座上之故，載體係暴露在此基頻。基頻可亦包含載體之數個剛體振動之疊加。
亦為可預期的是，在基頻之載體的振動包括載體之數個激發之振動模式的疊加。於基頻，載體可完全或主要以剛體 振動模式振動。然而，基頻振動模式可亦包含具有載體之一或多個彈性振動模式之一或多個剛體振動之疊加。彈性振動模式可為載體對應於外部振動激發之載體之自然振動或共振。
如果載體係沿著三個不同之空間方向固定於底座上，載體可經歷總共六個剛體振動，亦即三個平移及三個旋轉之振動自由度。
於此處所意指之於基頻之載體的振動可彼此獨立地且分離地與此六個基頻或剛體頻率之各者相關。
在低於臨界控制範圍之頻率範圍中，也就是在3至5倍之載體之基頻之範圍中，阻尼單元一般係以阻尼單元於載體之振動上具有最大阻尼效應的方式設計。阻尼單元係以相對寬頻方式設計，使得阻尼單元亦於前述之臨界控制範圍中提供實質阻尼效應，也就是在載體之基頻之5及10倍之間的範圍中提供實質阻尼效應。因此，可能發生在此臨界控制範圍中之任何共振現象可經由阻尼單元確實地衰減。
由阻尼單元提供之寬頻阻尼效應係提供阻尼單元之多方面之應用，且不需要精準調變對振動系統之主阻尼頻率或阻尼共振頻率。此振動系統係由底座、載體及磁性軸承形成。機械式阻尼單元可以相對便宜手段及具有較小技術複雜性之方式應用。
機械式阻尼單元可包括阻尼質量，其中阻尼質量之運動可抑制載體之振動或底座之振動。舉例來說，阻尼質量可機 械地連接於載體，以相對於載體可移動來抑制載體之振動。特別是，在特定頻率範圍中之載體之振動可誘發阻尼質量相對於載體之振動，其中阻尼質量之振動減少載體之振動。
於另一例子中，機械式阻尼單元之阻尼質量可配置於底座，以對於底座可移動來抑制底座之振動。在特定頻率範圍中之底座之振動可誘發阻尼質量相對於底座之振動，使得底座之振動係減少。特別是，機械式阻尼單元可包括已調變或可調變之質量阻尼器。
如此處所使用之「被動阻尼單元」可理解為不包括主動控制之阻尼單元。舉例來說，阻尼質量可以阻尼質量相對於載體或底座之誘發運動自然地抑制載體或底座之振動的方式固定於載體或底座。也就是說，被動阻尼單元係不包括致動器及/或感測器。舉例來說，被動阻尼單元可包括藉由彈性元件連接於振盪系統(載體或底座)之阻尼質量，彈性元件舉例為彈簧及/或彈性材料。彈性元件及阻尼質量可適用於將抑制之振盪系統。舉例來說，阻尼質量之重量及彈性元件之彈簧常數或彈性可適用於振盪系統之質量及/或基頻。
如此處所使用之「主動阻尼單元」可理解為使用主動控制之阻尼單元。特別是，主動阻尼單元可為適應阻尼單元。舉例來說，振盪系統之運動可舉例為藉由個別之致動器主動控制。主動阻尼單元可包括控制器、加速度感測器、速度感測器、及/或位置感測器，及根據感測器偵測之訊號控制之致動器。
於一些實施例中，主動阻尼單元包括阻尼質量，其中致動器可裝配以影響阻尼質量之位置及/或運動，舉例為阻尼質量之振盪運動。包括阻尼質量、致動器及控制器之主動阻尼單元可固定於底座或載體。
主動阻尼單元係更為昂貴，但可靈活地應用於抑制數種振盪系統。舉例來說，主動阻尼單元可固定於不同尺寸、形狀、及重量之載體或底座，不同尺寸、形狀、及重量之載體或底座可能具有不同的基頻，其中在個別臨界頻率範圍中之振盪可有效地抑制。
「半主動阻尼單元」可包括轉換器，用以轉換振盪能成電能。當振盪系統之振盪能係部份地轉換成電能時，振盪係抑制，因為振盪系統係損失機械能。於一些應用中，電能可舉例藉由電阻器來以熱的形式散失。
半主動阻尼單元可包括轉換器，用以轉換機械能為電能，舉例為連接於振盪系統之壓電元件。轉換器可耦接於電路，電路舉例為包括線圈之諧振電路。諧振電路之共振頻率可適用於振盪系統之一或多個臨界頻率。因此，載體或底座之振動可有效地抑制。
根據一應用，阻尼單元包括被動阻尼器，具有阻尼質量。除了初始設置及設計之外，具有阻尼質量之此一被動阻尼器係表示不需要在設備操作中調整或精密調變之未調節的阻尼系統。被動阻尼器可亦相對便宜應用於載體上或底座上及配置於其 上。此外，就真空適合性來說，被動阻尼器可提供優點。被動阻尼器特別是適用於真空緊密封裝或用以嵌入於真空緊密殼體中，被動阻尼器舉例為與磁性軸承之控制器去耦。
根據一些應用，阻尼單元係設計成吸振器。被動阻尼器可裝配成吸振器或可形成吸振器。吸振器，或被動阻尼器可舉例為裝配成單質量振盪器，具有阻尼質量。阻尼質量係在靜止位置附近以至少一個運動自由度可移動地固定。靜止位置係相對於阻尼單元或相對於載體。
根據其他設計，吸振器具有吸收自然頻率，此吸收自然頻率為載體之基頻之2倍及8倍之間。阻尼單元可在此情況中單獨地調變至預期發生於載體上之共振現象及振動現象，特別是如果阻尼單元係裝配成吸振器時。
根據一些應用，吸振器具有吸收自然頻率，此吸收自然頻率為載體之基頻之3倍及6倍之間。再者，吸收自然頻率可為載體之基頻之2及5倍之間，或3及4倍之間。
於典型應用方案中，在吸收自然頻率之區域中的載體之剛體振動係相對良好。主動可控制磁性軸承可足以抑制及補償在吸收自然頻率之範圍中之載體之振動激發。然而，在振動激發係在基頻之5倍至10倍之範圍中的情況中，磁性軸承之電子控制可能面臨極限。
阻尼單元特別是設置以用於在臨界控制範圍中抑制振動，也就是在載體之基頻之5及10倍之間的頻率範圍中。然而， 阻尼單元並非準確地與將衰減之實際頻率範圍匹配。吸收自然頻率一般係選擇低於臨界控制範圍中之頻率。然而，吸收自然頻率可亦在臨界控制範圍之頻率範圍中或與臨界控制範圍重疊。
當使用吸振器作為阻尼單元時，吸振器可就將衰減之實際振動頻率蓄意地「誤調諧(detuned)」。舉例來說，吸振器可未準確地調變至臨界控制範圍中之頻率，但調變至低於臨界控制範圍之頻率且因而在臨界控制範圍外的頻率。如果臨界控制範圍舉例從5至10倍之載體之基頻擴大時，吸收自然頻率可接著低於該範圍。於此種應用方案中，吸收自然頻率可少於5倍之載體之基頻。吸收自然頻率可舉例為少於4倍或少於3倍之載體之基頻。
雖然振動吸收自然頻率可在臨界控制範圍外，吸振器可仍在臨界控制範圍中提供頻率之顯著衰減。吸振器可產生特別寬頻衰減，也就是在臨界範圍中之相對大的頻率範圍中。吸振器因而不必準確地調變至載體之特定振動頻率。
根據結構及元件或組件公差，不同但亦類似設計之載體可能產生載體之不同基頻，特別是在臨界控制範圍中。利用具有吸振器之阻尼單元，且吸振器具有低於臨界控制範圍之吸收自然頻率，阻尼單元可相對寬頻譜之臨界控制範圍中針對載體之磁性支撐提供足夠的抑制。
利用所述之應用及阻尼單元，臨界控制範圍之幾乎全部或至少大頻率範圍可機械地抑制。單獨地調變、調整或校準用於各載體之阻尼單元可為不必要的，阻尼單元舉例為吸振器。 使用相同阻尼單元來用於不同之載體亦為可預期的，其中載體可具有不同之基頻。
根據一些應用，阻尼單元具有殼體。阻尼質量係配置於殼體之內側。殼體可於一些實施例中為真空緊密。
真空緊密之殼體係使阻尼單元及載體能夠配置於真空或高真空中。真空緊密之殼體係為不透氣的。有關於摩擦或振動之阻尼單元之阻尼質量之任何運動係單獨地發生在殼體之內側中。殼體之內側係與阻尼單元之外腔密封地隔離。
在此方式中，使用用於阻尼單元之阻尼材料或材料結合係可行的。在其他方式中，使用用於阻尼單元之阻尼材料或材料結合會在真空環境中有問題，或會在磁性軸承之區域中或用以支承、定位及/或移動物體之設備之區域中的真空環境中產生雜質。
藉由使用阻尼單元之真空緊密殼件或殼體，幾乎材料之任何組合可使用而在殼體之內側中應用阻尼單元及阻尼質量，且在殼體中懸掛阻尼質量。舉例來說，可使用發泡材料或塑膠，或者亦可使用彈性體材料。在其他方式使用發泡材料、塑膠或彈性體材料會面臨排氣於真空環境中，且如果排氣於真空環境中會污染真空環境。
根據一些應用，阻尼質量可為相對於殼體可移動地固定。阻尼質量可為可移動地固定於殼體之內側。阻尼質量可特別是可移動地固定於殼體上。殼體因而作為底座，用於阻尼單元 之阻尼質量之可移動懸吊。阻尼質量不完全地填充殼體之內部體積。殼體及阻尼質量之間的自由空間或間隙可設置有填充材料，而亦有助於阻尼質量之可移動固定。
由於殼體之內側之阻尼質量之可移動固定或懸吊，阻尼質量可模擬成用於抑制載體之振動的振盪。相對於阻尼單元之殼體激發阻尼質量之振動，及在載體上之阻尼單元之固定或阻尼單元之殼體之固定係因而針對特定目標抑制載體之振動或共振。
根據一些應用，於殼體上或殼體中之阻尼質量之固定包括至少一彈性可壓縮阻尼元件及/或至少一彈性可變形固定元件。彈性可壓縮阻尼元件或對應之填充材料可配置於阻尼質量與殼體之間的自由空間或縫隙。在該情況中，阻尼質量可經由彈性可壓縮阻尼元件支撐於殼體之內側上。舉例為在各情況中透過彈性可壓縮阻尼元件，阻尼質量係有利地在殼體之相反內側上利用相反外側機械地支撐，且因而受到支撐。
關於阻尼質量相對於殼體之預期振動方向，阻尼質量及殼體之間的縫隙或自由空間可完全地或幾乎完全地填充或裝有至少一彈性可壓縮阻尼元件。阻尼質量相對於殼體之振動或運動總是發生在此至少一阻尼元件或數個阻尼元件之適當彈性壓縮之下。
取代彈性可壓縮阻尼元件或除了彈性可壓縮阻尼元件之外，阻尼質量可經由一或多個彈性可變形固定元件固定於殼 體上或殼體中。舉例來說，彈性可變形固定元件可包括一或多個彈簧，例如是葉片彈簧(leaf spring)。阻尼單元之阻尼比可藉由彈性可變形固定元件合適地調整。適當配置之彈簧可選擇來用於在殼體中之阻尼質量之可移動懸吊，以調整阻尼比及/或衰減頻率。
經由此至少一或多個彈性可變形固定元件，適當地調整吸振器或阻尼單元之吸收自然頻率係可能的。
根據另一實施例，阻尼質量可配置於與殼體之內壁相距特定距離處。在阻尼質量及內壁之間的縫隙中，可配置彈性可壓縮阻尼元件。彈性可壓縮阻尼元件於未壓縮初始狀態中可具有外部尺寸，此外部尺寸係大於或等於內壁及阻尼質量之間的距離。
於一些實施例中，除了彈性可壓縮阻尼元件之外，阻尼質量係利用一或多個彈性可變形固定元件可移動地固定於阻尼單元之殼體上或殼體中。僅經由一或數個彈性可壓縮阻尼元件固定阻尼質量於殼體上或殼體中係亦為可預期的。
於一些實施例中，阻尼質量可配置於彈性可壓縮阻尼元件之兩層之間。殼體之內側的阻尼質量及阻尼元件之配置可以一殼體壁及相反之殼體壁之間的縫隙係幾乎完全填充之方式配置。阻尼質量及阻尼元件之配置可至少支撐於相反之殼體壁上。由於彈性可壓縮阻尼元件在未壓縮初始狀態中具有一外部尺寸或數個外部尺寸，且此外部尺寸或此些外部尺寸係大於或等於內壁 及阻尼質量之間的距離，彈性可壓縮阻尼元件已經壓縮且因而在密封真空緊密殼體時預負載係可確保。在此方法中，阻尼質量配置於固定位置中及在真空緊密殼體之內部體積中之機械預負載係確保。
根據一些應用，彈性可變形固定元件係連接於阻尼質量之一端。彈性可變形固定元件可利用相反端連接於殼體。彈性可變形固定元件可設計成彈性可變形彈簧，舉例為葉片彈簧。固定元件之彈性變形可能需要機械能之應用，機械能係從載體之振動激發提供。由於固定元件之彈性變形之故，阻尼質量可設定成以所欲之方式振動。
彈性可變形固定元件在此執行雙重功能。一方面來說，彈性可變形固定元件係讓阻尼質量能夠確定固定於殼體之內部體積中。另一方面來說，藉由彈性可變形固定元件之彈性性質，阻尼質量相對於阻尼單元之殼體之吸收自然頻率或振動行為可指明及定義。
根據一些應用，固定元件包括一或多個葉片彈簧。藉由具有變化數量之葉片彈簧，阻尼質量相對於阻尼單元之殼體之振動行為可選擇地調整。此些葉片彈簧可亦直接地互相抵靠。在此些葉片彈簧之間的機械摩擦及/或此彈簧或此些彈簧及殼體或阻尼質量之間的摩擦可為可容許的，因為殼體之真空緊密設計之故。
根據一些應用，此至少一阻尼單元係配置於載體之空腔中。載體之空腔可從外側為可進出的(accessible)。舉例來說，阻尼單元可裝配成一種抽屜，可插入對應設計之載體之隔室中及/或可貼附於其。於一些實施例中，空腔、或抽屜隔室可凹入或整合於支撐件之外邊緣中。因此，阻尼單元可特別是以節省空間之方式配置於載體上，及/或整合於載體中。阻尼單元可特別是可拆卸地固定於載體，而提供阻尼模組。阻尼單元可適當地置於載體上或從載體移除。載體上之阻尼單元之可移除配置亦藉由不同形式之阻尼單元來提供阻尼單元之交換。不同形式之阻尼單元可具有實質上相同之外部尺寸，但不同之阻尼特性。
根據一些應用，數個阻尼單元可配置於載體上。舉例來說，載體可具有數個空腔。此些空腔可舉例為抽屜隔室之形式來從外側為可進出的。各空腔係裝配以接收一或多個阻尼單元。特別是，數個阻尼單元可空間分佈於載體上。阻尼單元可特別是本質上均勻地空間分佈於載體上。在大約為矩形載體之情況中，阻尼單元可配置於載體之相反外側及/或外側角落。
藉由提供數個阻尼單元，載體可就振動激發以準確方式抑制。
根據一些應用，阻尼單元具有至少0.2、至少0.3、至少0.4、至少0.5、至少0.6或至少0.7之阻尼比。阻尼單元可因此亦具有0.1及0.7之間的阻尼比，特別是0.2及0.5之間的阻尼比，及更特別是0.3及0.4之間的阻尼比。對於由底座、主動調控 磁性軸承及載體組成之動態系統來說，提供0.2及0.5之間的阻尼比可為有利的，更特別是提供0.3及0.4之間的阻尼比可為有利的。
實驗係顯示，在具有用於範例載體之約0.35之阻尼比的情況下，在臨界控制範圍中可達成良好的抑制結果，舉例為其中吸收自然頻率係約3至3.5倍之載體之基頻。
根據一些應用，主動可控制磁性軸承各具有電性可控制之電磁致動器，與配對物相互磁性作用，其中所述之致動器可經由電子單元主動調節或控制，以維持底座及載體之間的特定距離。
軸承平衡之微擾(perturbations)可藉由此至少二主動磁性軸承之主動控制來補償。當應用兩個主動磁性軸承時，第三個磁性軸承可設計成被動磁性軸承。此可包括舉例為一或多個永久磁鐵。固定之支撐力經由此一或多個永久磁鐵可產生於軸承之區域中的底座及載體之間。然而，全部之磁性軸承可亦設計成主動磁性軸承，也就是電性可控制磁性軸承。
舉例為致動器及配對物之間的距離變化之情況中，磁性致動器可以對應較大或較小之調整控制電流致能。對於維持載體及底座之間的距離來說，對應致動器施加較高或較低之調整力於配對物上。於一些實施例中，磁性軸承之此至少二個電磁致動器可與電子單元一起配置於載體上。此係應用短的訊號路徑，使得相較於具有廣泛分佈於載體上及底座上之電子元件之其他形式，載體之真空能力可增加。
當此至少二個可控制磁性軸承之電磁致動器通常配置於載體上時，可與電磁致動器磁性交互作用之配對物可定位於底座上。載體上及底座上之致動器及配對物之相反配置係同樣可預期的。其中，此至少二個可控制磁性軸承之電磁致動器係配置於底座，及配對物可配置於載體。
配對物一般係設計成永久磁鐵或鐵磁體。提供之磁性軸承之數量係不限於只有三個磁性軸承。磁性軸承之數量可特別是隨著將實現之運動自由度之數量變化。在至少三個空間分離之磁性軸承之下，載體可支承於底座上之穩定位置來抵抗載體之重量的力。底座上之載體之浮動及非接觸固定可提供，特別是用以傳送之目的，舉例為用於載體相對於底座之線性運動。於此情況中，至少一其他或數個其他磁性軸承可提供而用於底座上之載體之側向穩定度。藉由該些其他磁性軸承，舉例來說，非接觸磁性支撐可應用於垂直於重力之平面中，或垂直於重力及垂直於傳送方向之平面中。
為了底座上之載體之側向或橫向穩定度，一或多個主動可控制磁性軸承可提供，主動可控制磁性軸承之電磁致動器可配置於載體上及/或底座上。
用以支承、定位及/或移動物體之設備特別是具有基板固持件，基板固持件配置於載體上。藉由相對於底座移動載體，載體固定之基板可帶至處理裝置之工作或處理區域中。處理裝置一般係表面處理裝置。載體相對於底座之定位準確性可在數個微 米之範圍中或甚至在次微米之範圍中，也就是奈米範圍中。取代基板固持件或除了基板固持件之外，處理站可配置於載體上。處理站舉例為蒸發器或類似的表面處理裝置。
於一些實施例中，載體係為基板載體，裝配以運載基板。載體可包括基板支承表面及基板支承裝置。基板支承裝置係裝配，以特別是在本質上垂直定向中支承基板於基板支承表面。基板支承裝置可包括夾持裝置，舉例為磁性或靜電吸座。
根據一些應用，載體上之主動可控制磁性軸承各包括距離感測器，距離感測器用以測量底座及載體之間的距離。各磁性軸承可分配至少一距離感測器，用以決定從磁性軸承至直接相反於其之底座之一區段的距離。距離感測器可在相關之磁性軸承之電磁致動器附近配置於載體上。距離感測器及電磁致動器之間的小距離係有優點的，特別是用以減少一定程度的搭配。距離感測器可亦與載體上之電磁致動器分離。在此情況中，距離感測器可配置於磁性軸承之外側。
距離感測器可在配置有電磁致動器之載體之位置處測量距離。電磁致動器之控制電流的改變及致動器之生成力或動作改變因而直接影響致動器及底座側配對物之間的距離。藉由相鄰於電磁致動器之距離感測器之配置，此距離改變係直接可測量。
藉由配置有距離感測器之各主動可控制磁性軸承，在個別磁性軸承之區域中之底座及載體之間的局部距離改變可準確地偵測及選擇地使用，以提供個別影響之磁性軸承之適當控制。
根據一些應用，載體上之主動可控制磁性軸承各具有電子單元。基於距離感測器測量之距離，電子單元可使用於啟動相關之磁性軸承之電磁致動器。各磁性軸承具有電子元件及配置有個別之距離感測器，及由距離感測器測量之距離訊號可藉由磁性軸承固有之個別電子元件來區域地處理。用於各磁性軸承之電磁致動器之對應的控制電流或控制訊號可在磁性軸承之區域中區域地產生及/或藉由分配於其之個別的電子單元產生。在此方法中，距離感測器及電子單元之間及電子單元與電磁致動器之間所需之敷設工作可更減少。整個設備之真空能力可更改善及增加，特別是載體之真空能力可更改善及增加。
第1圖繪示根據此處所述實施例之用以支承、定位及/或移動物體之設備1之透視圖。設備1具有底座30。底座30一般係靜止且可具有一導引軌道，或平行於彼此配置之兩個導引軌道32、34。導引軌道定義用於設備1之傳送方向(也就是預定方向2)。
載體50係經由數個磁性軸承10非接觸地支撐於導引軌道32、34上。磁性軸承10係微主動可控制。舉例來說，可提供至少三個磁性軸承，其中至少兩個磁性軸承可為主動可控制。
第2圖繪示磁性軸承10之裝配示意圖。
於一些實施例中，磁性軸承10可具有控制電路11，控制電路11連接距離感測器20、設定點編碼器25、控制器22、放大器24及電磁致動器12。電磁致動器12可裝配成電磁鐵。於一些實施例中，電磁致動器包括可以電訊號致能之線圈16、及鐵氧體 (ferrite)或鐵心14。以取代電磁鐵來說，電磁致動器12可裝配成雙向作用之勞倫茲(Lorentz)或浸入線圈(immersion-coil)致動器。可由控制器22產生之控制訊號可藉由放大器24放大且可饋至線圈16，用以產生作用於配對物18上之力。配對物18可沿著導引軌道32、34或在導引軌道32、34上配置於底座30上。配對物18可為鐵磁性或永久磁性。配對物一般係平行於在底座30上之導引軌道32、34延伸。
於其他實施例中，電磁致動器12可舉例為沿著導引軌道或在導引軌道上配置於底座30，及配對物18可配置於載體50上。
一般配置在電磁致動器12附近的距離感測器20係永久地測量或定期測量到配對物18或載體50之距離26。由距離感測器20測量之距離26係以距離訊號之形式饋至設定點編碼器25。此可舉例為耦合於如第2圖中所示之中央控制器29，設定點編碼器25舉例為提供用於維持底座30及載體50之間的距離26之設定點。設定點及實際值係在設定點編碼器25中彼此相較，及對應之比較訊號係饋至控制器22。控制器22產生控制訊號。控制訊號係提供以用於控制電磁致動器12及饋入控制訊號至放大器24。
最終可饋至線圈16之放大之控制訊號係以維持載體50及底座30之間特定之距離26，及在從所需之距離26偏移之情況中，電磁致動器12輸出之力係動態地調整以維持距離26之方式來計算及定義。
磁性軸承10之電子元件在此情況中係至少一起邏輯組合在電子單元15中。例如是放大器24、控制器22、設定點編碼器25、及/或距離感測器20之電子元件可容置於共同電路板上，共同電路板舉例為單一整合電路之形式。因此，用於電子單元15及相關佈纜之空間需求可減少或最小化。
在第2圖中所示之設計中，動作感測器28可選擇地設置於載體50上或底座30上。動作感測器28一般係在電磁致動器12附近。動作感測器28可整合於電子單元15及控制電路11中。特別是，動作感測器28可設計成加速度及/或速度感測器。加速度感測器係讓動作狀態能夠進行測量或決定，特別是載體50及/或底座30之振動或共振行為。
藉由配置於載體50上或底座30上之加速度感測器，決定底座30及/載體50之可能之振動或共振行為係可行的。特別是，底座及/或載體之振動行為可藉由加速度感測器及距離感測器20決定之訊號組合來決定。舉例來說，特別是在沒有運動或僅有可忽略之小運動係由動作感測器28偵測出來時，如果距離感測20偵測出底座30及載體50間之隨著時間變化的距離，此係接著表示底座30已經受到激發而振動或其他機械微擾，舉例為搖動。
動作感測器28及距離感測器20之組合因此可讓系統之微擾及振動能夠偵測出來，使得磁性軸承10可選擇地控制來抑制此種微擾或振動。可由動作感測器28產生之動作訊號可同樣饋至控制電路11之控制器22。動作訊號可使用於抑制或振動抑制底 座30上之載體之非接觸支撐。針對此目的，控制器22可裝設有減振器23。減振器23係以減振之方式處理動作感測器28之訊號。
第1及2圖中所示之範例實施例係繪示載體50上之磁性軸承10之主動元件之配置，而配對物18或此些被動配對物係配置於底座30上。配對物18可為被動元件。
同樣根據其他實施例所提供，磁性軸承10之主動元件係配置於底座30上，且磁性軸承10之被動元件係配置於載體50上，特別是配對物或配對物18係配置於載體50上。載體50係相對於底座30為可移動的。
舉例來說，電磁致動器12與線圈16及相關之距離感測器20與電子單元15、控制器22、減振器23、放大器及/或設定點編碼器25可以靜止方式配置於底座30上。配對物或配對物18可配置於載體50上。
可能結合減振器23之動作或加速度感測器之使用係提供而僅作為一個選擇。取代藉由動作或加速度感測器及電子減振器抑制振動，或除了藉由動作或加速度感測器及電子減振器抑制振動之外，設備1可提供有至少一阻尼單元100，如更有關於第3-10圖之說明。
如第1圖中所示，數個磁性軸承10可分散地位於載體50之上方及/或底座30之上方。各磁性軸承10可具有個別之控制電路，及因而具有個別之電子單元。此讓各磁性軸承10能夠類自 主(quasi-autonomously)地維持底座30及載體50之間的特定之距離26。
設備1可裝配有驅動器38。驅動器38可提供載體50相對於底座30之至少一非接觸線性運動。驅動器38特別是設計成線性馬達。特別是，舉例為於第1圖之範例實施例中，驅動器可包括驅動軌道36。驅動軌道36延伸於側導引軌道之間。驅動軌道36可裝配有永久磁鐵配置42或鐵磁材料。配置於載體50上之線圈配置40可與永久磁鐵配置42或鐵磁材料磁性交互作用。可配置盡可能越多驅動器38之電性可致能元件於載體50上。或者，驅動器38之電性可致能元件可配置於底座30。
驅動器可設計成異步馬達(asynchronous motor)之形式或磁阻驅動器(reluctance drive)之形式。根據驅動器之應用，驅動軌道36可以永久磁性或鐵磁性材料、或類似材料製造。當應用異步馬達時，驅動軌道可亦包括鋁或另一金屬或以此一材料製造。
於第1圖中，繪示用於載體50之電源供應裝置52。在範例之實施例中，電源供應裝置52係應用而作為纜線載體，舉例為配置於底座30之另一端。靈活設計之纜線載體係提供沿著底座30之導引軌道32、34之載體50之非接觸運動或非接觸導引。
於一些實施例中，各磁性軸承10可具有相關之電子單元。或者，載體50具有中央控制器29係為可預期的。舉例來說， 中央控制器29係耦接於全部的磁性軸承10，特別是耦接於磁性軸承之電子單元15，用於傳送資料之用。
如第7-10圖中之例子所示，根據此處所述之載體50可裝設有至少一阻尼單元100，阻尼單元100可為機械式阻尼單元。於第7圖中，載體50可提供有至少二或四個阻尼單元100。阻尼單元100係分開地繪示在第8圖中。
阻尼單元100可包括殼體102。殼體102可設計成封閉及/或真空緊密。在載體50中或載體50上，至少一空腔54可形成來用以容納阻尼單元100，或殼體102。如第7圖中範例性所示之空腔54可設計成載體50之側壁51中之插入槽體，可容納阻尼單元100之對應設計之殼體102。於一些實施例中，阻尼單元100可直接地配置於載體50上或載體50中，而無需殼體102。
阻尼單元100可具有阻尼質量112，阻尼質量112位於殼體102之內部體積104中。阻尼質量112可舉例為設計成實體金屬塊，振盪地或可移動地固定於殼體102之內部體積104中。阻尼單元100可設計成被動阻尼器110，因而舉例為作為單質量振盪器或吸振器120。
阻尼質量112可振盪地懸吊於殼體102之內部體積104中。於此範例實施例中之殼體102具有立方體形狀。此立方體形狀具有側壁106，大略平行於彼此定向。側壁106係經由後壁103及經由前壁105彼此連接。側壁106與後壁103及前壁105一起形 成矩形框。在底部，殼體102具有底座107。在頂部，內部體積104可藉由蓋108來關閉，蓋108係置於側壁106上。
於一些實施例中，前壁105可從蓋108向上延伸，且從殼體102之底座107向下延伸。前壁105係從側壁106側向地突出亦為可預期的。於此情況中，前壁105可以凸緣方式延伸超過殼體剖面，凸緣係由側壁106、底座107及蓋108形成。前壁105可包括周圍凸緣部份109。如第8圖中所示，數個穿孔111可形成於凸緣部份中。利用此些穿孔111，殼體102及整個阻尼單元可因而穩固地貼附於空腔54之開放框或載體50之對應槽體之開放框。
例如是螺絲或螺栓之適合之固定元件可經由穿孔穿過。固定元件可接著與匹配之固定裝置卡合。匹配之固定裝置係設置於空腔54之開放框的區域中。匹配之固定裝置可舉例以載體50中之螺紋孔實施。雖然未繪示於第7及8圖中，在前壁105之外側上可亦貼附把手，以讓阻尼單元100可從載體50移除。
在第9圖之剖面圖中係繪示阻尼質量112可配置於與側壁106或後壁103相距特定距離處，及與前壁105相距特定距離處。於第9圖之範例實施例中，阻尼質量112可經由彈性可變形固定元件140固定於殼體102。彈性可變形固定元件140係利用一端貼附於阻尼質量112。利用另一端，彈性可變形固定元件140可固定於固定支撐件144或連接於其。固定支撐件144可配置於殼體102之底座107上之固定位置中。
如第9圖中所示，阻尼質量112可經由兩個彈性可變形固定元件140以兩個相反端之各者貼附於分離之固定支撐件。以取代固定支撐件144來說，固定彈性可變形固定元件140於後壁103或前壁105之內側及相反側壁之一或兩者亦為可預期的。
在第9圖中所示之範例實施例中，舉例來說，彈性可變形固定元件140係設計成葉片彈簧142。除了經由彈性可變形固定元件140之可移動固定之外，第9圖中亦繪示出阻尼質量112可藉由至少一阻尼元件130支撐於殼體壁上。在此情況中，阻尼質量112係藉由兩個相反之阻尼元件130支撐於殼體壁上。第一阻尼元件係位於底座107及阻尼質量112之間的縫隙中。第二阻尼元件係配置於阻尼質量112及蓋108之間的縫隙中。阻尼元件130可為彈性可壓縮阻尼元件。阻尼元件130可舉例為以塑膠、發泡材料、聚合物材料或彈性體材料或其之組合製成。
當蓋108係關閉時，阻尼元件130可預拉伸(pre-tensioned)。經由阻尼元件130，阻尼質量112可在殼體102之相反壁上經歷額外之支撐。於此情況中，相反壁係為蓋108及底座107。於未壓縮初始狀態中，可舉例為設計成阻尼墊之阻尼元件130具有厚度或延伸部份。厚度或延伸部份係大於阻尼質量112及殼體102之相反之內壁114、116之間的距離。
因此，阻尼質量112之機械振動可衰減。再者，藉由阻尼元件130之彈性性質及可壓縮性，阻尼質量112之振幅可有效地限制。
在根據第10圖之替代範例實施例中，阻尼質量112係特定經由一、二或多個阻尼元件130固定於殼體102之內部體積104中。下阻尼元件係位於阻尼質量之下側及殼體102之底座107之間。相反的，也就是在阻尼質量112之頂部及蓋108之間，可設置上阻尼元件。
阻尼質量112及蓋108及底座107之相反之內壁114、116之間的縫隙115係幾乎由阻尼元件130完全地填充。相較於阻尼質量112之頂部及蓋108之內壁之間的縫隙115，阻尼元件130在未壓縮初始狀態中具有較大之延伸部份或較大之厚度。此同樣應用在有關於阻尼質量112之底部及底座107之內壁114之間的縫隙115的下阻尼元件130之厚度。在此方式中，阻尼質量112並非鬆散地配置於殼體102之內部體積104中係確定的，但由外部振動所誘發之阻尼質量112之運動時常需要阻尼元件130之彈性變形。
最後，第3-6圖係繪示於一例子中之阻尼單元100之工作原理。於此範例實施例中設計成吸振器120之阻尼單元100具有吸收自然頻率Tf0，此吸收自然頻率Tf0係為載體50之基頻f0之2倍及8倍之間。於範例實施例中，吸收自然頻率Tf0係概略地為載體50之基頻f0之3倍。在實用範例實施例中，載體之基頻可舉例為15Hz或30Hz。因此，吸收自然頻率Tf0係約為45Hz或90Hz。對於典型應用方案來說，吸收自然頻率可低於100Hz。
阻尼單元100或吸振器120可對應地設計。阻尼質量112之重量及在殼體102之內部體積104中之阻尼質量112之可移動懸吊或固定係選擇，使得阻尼單元100時常具有所需之吸收自然頻率。
於第3圖之圖式中，機械式阻尼單元之隔離阻尼效應係繪示成三個不同之阻尼比D。虛線203對應於0.7之阻尼比D，實線202對應於0.35之阻尼比D，及點線201表示0.1之阻尼比。垂直軸係表示正規化之振幅。水平軸表示正規化至載體之基頻f0之激發頻率。在圖式中清楚地繪示，具有D=0.1之相對低阻尼的情況下，振幅係從f0增加至2.3倍，但在高頻陡降。對於0.35之阻尼比D來說，在大於f0之激發頻率係取得微增加之振幅。
之後且對於較高頻來說，振幅亦顯著地下降。在具有0.7之阻尼比D之甚至較強之衰減的情況中，針對高於載體50之基頻f0的振動激發來說，振幅係沒有增加。對應之圖形(虛線203)係漸進地接近其他兩個圖形。
第5圖之圖式係繪示非常相似的定性特徵(qualitative characteristic)。然而，在此情況中，振幅標度係以分貝對數地表示且假設大約為45-48Hz之吸收自然頻率。此範例實施例中之載體50之基頻f0係為15Hz。第5圖繪示0.1、0.35或0.7之不同阻尼比D於載體之振幅上具有不同大小之效應。
於第4圖中，為了完整性，相位圖係繪示出來。此處之頻率係繪示於X軸上且再度正規化至載體50之基頻f0。此處可 見，在吸收自然頻率Tf0之區域中，阻尼單元係相對於激發以大約90°之相移振動。在增加頻率之下，吸收器或吸收器之阻尼質量112係相對於激發以幾乎180°之相移振動。
最後，第6圖繪示不同阻尼單元於載體50之振動上的效應之例子。點虛線200係繪示在沒有阻尼單元之情況下之載體50的振動特徵。振動在載體之基頻f0之區域中具有第一最大值150可清楚地辨識出來。在頻率增加之情況下，在高達大約5倍之基頻f0處，振幅係顯著地減少。然而，之後有個陡升且圖形係繪示出第二最大值152。第二最大值152大約在基頻f0之6.5倍處。假設基頻約15Hz來說，第二最大值152係發生在大約100Hz之頻率處。為了簡化，此後讓第二最大值152之頻率係指定為第二共振頻率。
在此頻率範圍中，載體50之共振及振盪可不再進行補償，或對於預期之應用係僅經常藉由主動磁性軸承不足量地補償。為了在此臨界控制範圍中取得顯著減少之振動及共振，載體50係裝設有至少一前述之阻尼單元100。雖然阻尼單元100之自然頻率係低於第二共振頻率，阻尼單元係在第二共振頻率之範圍中明顯地抑制振動。
基於具有0.1之阻尼比(點線201)與無阻尼情況(點虛線200)之比較，在第二共振頻率處具有0.1之阻尼比的振幅係非常小於無阻尼情況。然而，曲線之形狀係定性上相似。
在0.35之阻尼比處，在第二共振頻率處係得出進一步減少之振幅。此亦與實線202之平線區有關。此意味第二共振頻率之區域中的共振係不像無阻尼情況中那樣明顯，或在D=0.1之阻尼比的情況下衰減。第二共振頻率之區域中的曲線之扁平形狀或平線區係證明對於磁性軸承10之主動調變最終係具有優點。
使用具有較高之阻尼比D=0.7之阻尼單元幾乎對第二共振頻率之範圍中之振盪的振幅沒有任何影響。實際上，阻尼比D=0.7可能致使虛線203之形狀變尖銳，反而往往對磁性軸承10不利及針對補償載體50之振動激發之目的來說，對磁性軸承之電性調變不利。
對此實用情況來說，在0.2-0.5之間的範圍中的中等程度之阻尼，及因而在0.35之範圍中之阻尼係證明特別是適用於共振之衰減。在系統及設備1之不同設計中，舉例為具有較大或較小之載體來說，及當使用不同數量之磁性軸承10時，振動吸收自然頻率之其他頻率範圍及其他阻尼比可證明為具有優點的。
對於全部之阻尼單元100來說，吸振器120之吸收自然頻率係有利地選擇成低於第二共振頻率及低於磁性軸承之臨界控制範圍。因此，吸振器120係使用。吸振器120係相對於實際上進行衰減之頻率誤調諧，也就是相對於第二共振頻率誤調諧。此最終係具有吸振器120並非必須準確地調變成將抑制之共振頻率之優點，但完全相同之吸振器可使用於多種載體50。此些載體50係顯現出類似但不一樣的振動行為。
根據此處之一方面，用以支承、定位及/或移動物體之設備1000係提供。設備1000可包括上述實施例之一些特徵或全部特徵，使得參照可由上述說明達成，而不於此重複。
第11圖繪示設備1000之範例性實施例之示意圖。設備1000包括底座30及載體50。載體50於傳送方向中相對於底座30非接觸地可移動。載體50係裝配，以載運物體1010，舉例為用以於真空腔室中沿著底座之導引軌傳送物體1010。舉例來說，物體1010可為基板或遮罩。
載體50可為基板載體，裝配以舉例為在本質上水平定向中或本質上垂直定向中支承基板。載體50可包括夾持裝置，舉例為磁性或靜電吸座，裝配以吸引物體1010至載體之支承表面。
如第11圖及第12圖中所示，設備可裝配，以用於在本質上水平定向中非接觸地支承載體於底座。如第13圖及第14圖中所示，設備可裝配，以用於在本質上垂直定向中非接觸地支承於底座。舉例來說，載體之基板支承表面及重力向量之間的角度可少於20°，舉例為在-10°及+10°之間。
設備1000更包括磁性軸承10，用於非接觸地支承載體50於底座30。設備1000舉例為包括三或多個磁性軸承10。至少兩個磁性軸承10係為主動可控制。於一些實施例中，載體50可於至少一預定方向中相對於底座30非接觸地位移，此至少一預定方向也就是傳送方向。主動可控制磁性軸承可包括電磁致動器12， 裝配以與配對物18磁性交互作用。配對物18可包括磁性材料。參照係由上述說明達成，而不於此重複。
磁性軸承10之電磁致動器12可配置於底座30，及配對物18可配置於載體50。舉例來說，底座30可包括一、二或多個軌道(tracks)或軌條(rails)，定義用於載體之傳送方向。電磁致動器12可設置於此一、二或更多軌道或軌條。當電磁致動器12係設置在底座30時，供應功率及/或冷卻流體至電磁致動器可較容易，特別是在底座30係為可固定於真空腔室之靜止元件時。配對物18可設置於載體50。當載體50在傳送方向中沿著底座移動時，載體之配對物18係接續地與底座之電磁致動器12磁性相互作用，使得載體可在載體之傳送期間非接觸地支承於底座。
於其他實施例中，磁性軸承10之電磁致動器12可配置於載體50，及配對物18可配置於底座30。於此情況中，既然在載體50之有限數量的電磁致動器12一般係足以用於沿著底座30傳送載體，成本及複雜度可減少。電磁致動器12一般係比通常為被動元件之配對物18更加昂貴及複雜。
設備1000更包括至少一阻尼單元100，可固定於載體50。特別是，此至少一阻尼單元100可為機械式阻尼單元，包括阻尼質量。阻尼質量可移動地配置於載體50或配置於空腔中，空腔係提供在載體中。載體之振盪可抑制。
於一些應用中，此至少一阻尼單元100可為已調變或可調變之吸振器。因此，在預定或可調整之頻率範圍中，藉由調整吸振器或藉由利用適合之已調整之吸振器，載體之振動可抑制。
此至少一阻尼單元100可為根據此處所述任意實施例之被動阻尼單元、主動阻尼單元、或半主動阻尼單元。
於第12圖之實施例中，設備1001係繪示而類似於第11圖之設備。於此，此至少一阻尼單元100係固定於底座30。特別是，阻尼單元100可為機械式阻尼單元，包括阻尼質量。阻尼質量舉例為在個別之殼體中可移動地固定於底座30。底座之振盪可抑制。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例，阻尼單元100係配置於與主動可控制磁性軸承相距50cm或更少、或20cm或更少之距離之底座處。舉例來說，電磁致動器12及阻尼單元100之間的距離可為20cm或更少，特別是10cm或更少，更特別是5cm或更少。電磁致動器12設置於底座30。阻尼單元100固定於底座。
值得注意的是，可移動之載體之振盪一般比底座30之振盪更有問題且更難以處理。舉例來說，底座30可包括底座主體。底座主體係以重量重且穩定之方式建構及/或可固定於真空腔室，特別是在底座為靜止元件時係包括靜止之軌道或軌條來導引載體通過真空腔室。不動地固定及/或重量重的底座係比例如是載體之可動及/或重量輕的元件有較少的振動。
然而，於一些應用中，底座30之振盪可能難以處理。舉例來說，強化底座結構及/或固定底座於靜止元件可能並非總是可行的。再者，底座並非總是靜止元件，但可能為可移動地固定。舉例來說，底座可包括底座主體。底座主體包括可移動地固定於真空腔室中之軌道或軌條。有時減輕底座的重量可為有利的，舉 例為針對成本理由或考慮到真空系統中的空間需求。因此，舉例為在磁性軸承10附近固定阻尼單元100於底座30可能有利於減少振動及/或消除底座30之振盪峰值。
固定於底座30之阻尼單元100可以類似或相同於此處所述之任何阻尼單元100之方式裝配，使得參照可以上述實施例達成而不於此重複。舉例來說，阻尼單元100可機械式阻尼單元、被動阻尼單元、主動阻尼單元、半主動阻尼單元、已調變或可調變之質量阻尼器及/或振盪阻尼器。
特別是，阻尼單元100可為機械式阻尼單元，特別是被動阻尼單元。特別是，阻尼單元可為吸振器，包括阻尼質量。
當阻尼單元100係固定於底座時，阻尼單元100可具有吸收自然頻率。此吸收自然頻率可適用於臨界頻率範圍，也就是對應於2至10倍之載體之基頻之頻率範圍。舉例來說，吸收自然頻率可為3倍及5倍之間之載體的基頻。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，阻尼單元100係為吸振器，包括阻尼質量。阻尼質量經由至少一阻尼元件及/或經由至少一彈性元件連接於載體50(見第11圖)或連接於底座(見第12圖)。
此至少一阻尼元件130可為彈性可變形阻尼元件。舉例來說，彈性可變形阻尼元件可包括彈性材料，此彈性材料於阻尼質量112及載體50或底座30之間作用。特別是，彈性可變形阻尼元件可包括聚氨酯(polyurethane)或另一聚合物，舉例為sylomer®。
此至少一彈性元件可包括彈性可變形固定元件140，舉例為彈簧元件，特別是葉片彈簧。彈性可變形固定元件140可為可移動地連接阻尼質量112於載體或底座。
阻尼單元100可根據第7圖或第8圖之阻尼單元裝配。特別是，阻尼單元可包括殼體102，殼體102容納阻尼質量112，其中殼體可容納於空腔中，空腔係提供載體中或底座中。
於一些實施例中，至少一阻尼單元係固定於載體50及至少一阻尼單元係固定於底座30。
第13圖繪示設備1003之剖面圖，設備1003用以支承、定位及/或傳送載體。設備1003類似於第11圖之設備。然而，設備1003係裝配，以用於在本質上垂直定向中非接觸地支承及傳送載體50。特別是，非接觸地支承於底座30之載體50可本質上於垂直方向V中延伸。
舉例來說，底座30之上軌道1020可至少部份地配置於載體之上方，及底座30之下軌道1030可至少部份地配置於載體之下方。設置於上軌道1020之磁性軸承10之電磁致動器12可與固定於載體之配對物18磁性交互作用。因此，載體可非接觸地支承於上軌道1020之下方。
於一些實施例中，用以於傳送方向中非接觸地移動載體之驅動器可設置於下軌道1030。舉例來說，驅動器可包括線性馬達，裝配以於傳送方向中沿著底座30非接觸地移動載體。
於第13圖的實施例中，此至少一阻尼單元100係固定於載體50，特別是在至少一主動控制之磁性軸承附近，舉例為 在載體50之上部份中。阻尼單元100可根據此處所述之任何阻尼單元裝配。
第14圖繪示設備1004之剖面圖，設備1004用以在本質上垂直定向中支承、定位及/或傳送載體。設備1004係類似於第13圖中所示之設備1003。
於第14圖之實施例中，此至少一阻尼單元100係配置於底座30，特別是至少一主動控制之磁性軸承附近。阻尼單元100及電磁致動器12之間的距離可為20cm或更少。在給定之頻率範圍中的底座之振盪可藉由阻尼單元100抑制。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，數個阻尼單元100可固定於底座，舉例為在傳送方向中彼此分隔。舉例來說，底座可包括於傳送方向中延伸之至少一軌條或軌道，其中數個阻尼單元100可配置於軌條或軌道。舉例來說，設置於底座30之各電磁致動器可具有相關之阻尼單元100，配置於底座之電磁致動器附近。由載體及底座之間的磁性交互作用所引發之底座的振動可抑制。
如第14圖中所示，阻尼單元100可亦選擇地固定於載體，舉例為固定在主動控制之磁性軸承之配對物18附近。也就是說，至少一第一阻尼單元可固定於載體，及至少一第二阻尼單元可固定於底座。此至少一第一阻尼單元可適用於載體之振盪性質(舉例為質量、基頻等)，及至少一第二阻尼單元可適用於底座之振盪性質。
根據另一方面，提供用以支承、定位及/或移動物體之設備之底座。底座包括底座主體，舉例為包括於傳送方向中延伸之一或多個軌道或導引軌條。
底座可為靜止元件或可移動地固定之元件。舉例來說，在第15圖中所示之實施例中，底座係為旋轉模組之可移動轉子之一部份，裝配以非接觸地支承載體。轉子相對於旋轉軸為可旋轉的。因此，非接觸地支承於底座之載體可於真空腔室中旋轉。
主動可控制磁性軸承之至少二個電磁致動器配置於底座主體。因此，載體可藉由至少二個主動磁性軸承非接觸地支承於底座。載體可在傳送方向中沿著底座位移。
再者，至少一阻尼單元固定於底座主體，舉例為在電磁致動器附近，特別是在與相關之電磁致動器相距20cm或更少之距離處。此至少一阻尼單元可根據此處所述之任何阻尼單元裝配。
第15圖繪示根據此處所述實施例之旋轉模組1100之剖面圖。旋轉模組1100包括真空腔室1101。
轉子1102係設置在真空腔室中，其中轉子1102係相對於旋轉軸A可旋轉地固定，旋轉軸A舉例為垂直旋轉軸。也就是說，轉子可繞著旋轉軸A旋轉。轉子1102包括根據此處所述任意實施例之底座30。
主動可控制磁性軸承之至少二個電磁致動器係配置於轉子，使得載體50可非接觸地支承於轉子1102。於一些實施例中，二或多個載體可同步地支承於轉子1102及/或由轉子旋轉。舉例來說，轉子1102可包括至少一第一軌道及至少一第二軌道。此 至少一第一軌道用以支承至少一第一載體於旋轉軸之第一側上。此至少一第二軌道用以支承至少一第二載體於旋轉軸之第二側上。第二側相反於第一側。
底座30可為靜止元件，或底座可為可移動地固定於真空腔室中。舉例來說，底座可為轉子1102之一部份、軌道切換裝置之一部份、或載體傳送裝置的一部份。底座可於橫向於載體之傳送方向之方向中為可移動的。舉例來說，具有載體非接觸地支撐於其上之底座可在垂直方向中及/或在水平方向中為可移動的，水平方向舉例為軌道切換方向。可提供舉例為馬達之致動器，用以移動底座。在可移動固定之底座的情況中，減少底座30之重量係有利的。在此情況中，底座並非不動地固定於靜止元件，舉例為並非不動地固定於真空腔室。因此，底座30可能易受到振動之影響。易受到振動之影響可由可移動之底座及非接觸地支承於可移動之底座之載體間的磁性交互作用所引發。所述的振動可藉由固定於底座之此至少一阻尼單元抑制。
為了抑制轉子1102之振動，至少一阻尼單元100可固定於轉子1102，如第15圖中所示。阻尼單元100之自然頻率可適用於轉子之基頻。阻尼單元可選擇或額外為可調變之阻尼單元或主動阻尼單元，主動阻尼單元例如是適應阻尼單元。因此，轉子之振動可有效地抑制。阻尼單元100可根據此處所述之任何阻尼單元裝配，使得參照可由上述之說明達成而不於此重複。
第16圖繪示根據此處所述實施例之操作設備之方法的流程圖，設備用於物體之支承、定位及/或移動。
於方塊710中，至少二個磁性軸承係主動地控制，使得載體係非接觸地支承於底座及/或在傳送方向中相對於底座傳送。舉例來說，載體可舉例為在真空腔室中於傳送方向中沿著底座之軌道或軌條非接觸地傳送。藉由旋轉轉子，且轉子包括底座，載體可選擇地或額外地旋轉。
於方塊720中，載體及底座之至少一者之振動係利用固定於載體或底座之至少一阻尼單元抑制。在載體於傳送方向中相對於底座運動期間，振動可藉由阻尼單元抑制。當載體係非接觸地支承於底座時，振動可由阻尼單元抑制。在載體於相對於底座非接觸地定位期間，振動可抑制。在包括底座之轉子旋轉期間，振動可抑制，其中載體係非接觸地支承於轉子。根據此處所述之數個實施例之設備可為一真空系統之一部份。此真空系統包括真空腔室及至少一沈積源。此至少一沈積源配置於真空腔室中之沈積區域中。沈積源可裝配，以沈積塗佈材料於真空系統中之載體支承之物體上。此處所述之設備可裝配，以用於非接觸地傳送載體至沈積區域中。真空系統可更包括旋轉模組，用以舉例為為了傳送載體至沈積區域中而旋轉載體。
根據此處所述之第一方面，提出一種用以支承、定位及/或移動一物體的設備。設備包括一底座及一載體，載體相對於底座係為可移動的。此設備包括至少三個磁性軸承，載體係藉由此至少三個磁性軸承非接觸地支撐於底座上，使得載體可相對於至少一預定方向位移。此些磁性軸承之至少二者係裝配成數個主動可控制磁性軸承，及載體可至少於一基頻激發而振動。設備 具有至少一機械式阻尼單元，固定於載體且具有至少0.1之一阻尼比D。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，阻尼單元包括一被動阻尼器，具有一阻尼質量。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，阻尼單元係裝配成吸振器。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，吸振器具有一吸收自然頻率，此吸收自然頻率為載體之基頻之2倍及8倍之間。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，吸振器具有一吸收自然頻率，此吸收自然頻率為載體之基頻之3倍及6倍之間。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，阻尼單元具有一殼體，阻尼質量係配置於殼體之內部體積中。殼體可為一真空緊密殼體。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，阻尼質量係相對於殼體可移動地固定。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，於殼體上之阻尼質量之固定具有至少一彈性可壓縮阻尼元件及/或至少一彈性可變形固定元件。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，阻尼質量係配置於與殼體之一內壁相距一特定距離處，及一彈性可壓縮阻尼元件係配置在阻尼質量及內壁之間的一空間中。於一 未壓縮初始狀態中，阻尼元件可具有一外部尺寸，此外部尺寸係大於或等於內壁及阻尼質量之間的距離。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，固定元件係以一端連接於阻尼質量且以一相反端連接於殼體。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，固定元件具有一或多個葉片彈簧。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，阻尼單元係配置於載體之一空腔中。載體之空腔可從外側為可進出的。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，數個阻尼單元係空間分佈於載體上。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，機械式阻尼單元具有至少0.2、至少0.3、至少0.4、至少0.5、至少0.6或至少0.7之阻尼比D。
於可與此處所述其他實施例結合之一些實施例中，主動可控制磁性軸承各具有電性可控制之電磁致動器，與配對物磁性交互作用，其中所述之致動器可藉由電子單元主動地控制，用以維持底座與載體之間的特定距離。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (18)

  1. 一種用以一物體之支承、定位及移動之至少一者的設備，具有一底座(30)及一載體(50)，該載體相對於該底座(30)係為可移動的，至少三個磁性軸承，該載體(50)係藉由該至少三個磁性軸承非接觸地支承於該底座(30)，使得該載體可相對於至少一預定方向(2)位移，其中該至少三個磁性軸承(10)之至少二者係裝配成複數個主動可控制磁性軸承，及其中該載體(50)可至少於一基頻(f0)激發而振動，及至少一機械式阻尼單元，固定於該載體(50)且裝配以抑制該載體之複數個振盪，及具有至少0.1之一阻尼比(D)。
  2. 一種用以一物體之支承、定位及移動之至少一者的設備，具有一底座(30)及一載體(50)，該載體相對於該底座(30)係為可移動的，複數個磁性軸承(10)，用以非接觸地支承該載體(50)於該底座(30)，使得該載體可於一傳送方向中位移，其中該些磁性軸承(10)之至少二者係裝配成複數個主動可控制磁性軸承，及至少一阻尼單元(100)，固定於該載體(50)且裝配以抑制該載體之複數個振盪，或固定於該底座(30)且裝配以抑制該底座之複數個振盪。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該至少一阻尼單元(100)係固定於該底座(30)且裝配以抑制該底座之複數個振動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之設備，其中該至少一阻尼單元(100)係於與該些主動可控制磁性軸承之其中一者相距50cm或更少之一距離處固定於該底座(30)。
  5. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之設備，其中該至少一阻尼單元(100)包括一被動阻尼器(110)，具有一阻尼質量(112)。
  6. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之設備，其中該至少一阻尼單元(100)係裝配成一吸振器(120)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其中該吸振器具有一吸收自然頻率(Tf0)，為該載體(50)之該基頻(f0)之2倍及8倍之間。
  8. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之設備，其中該至少一阻尼單元(100)具有一殼體(102)，一阻尼質量(112)係配置於該殼體之一內部體積(104)中，其中該阻尼質量(112)係相對於該殼體(102)可移動地固定。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該阻尼質量(112)於該殼體(102)上之一固定具有一彈性可壓縮阻尼元件(130)及一彈性可變形固定元件(140)之至少一者。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該阻尼質量(112)係配置於與該殼體(102)之一內壁相距一距離處，及其中該阻尼質量(112)及該內壁之間的一空間中，一彈性可壓縮阻尼元件(130)係配置，該彈性可壓縮阻尼元件於一未壓縮初始狀態中係具有一外部尺寸，該外部尺寸係大於或等於該內壁及該阻尼質量(112)之間的該距離。
  11. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之設備，其中該至少一阻尼單元(100)係配置於該載體(50)之一空腔(54)中或該底座(30)之一空腔中。
  12. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之設備，其中複數個阻尼單元(100)係空間分佈於該載體(50)及該底座(30)之至少一者上。
  13. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之設備，其中該些主動可控制磁性軸承係各具有一電磁致動器(12)，該電磁致動器係電性可控制及與一配對物(18)磁性交互作用，其中該電磁致動器(12)可藉由一電子單元(15)主動地控制，用以維持該底座(30)及該載體(50)之間的一特定之距離(26)。
  14. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之設備，其中該至少一阻尼單元(100)係為一主動阻尼單元或一半主動阻尼單元。
  15. 一種設備之一底座，用以一物體之支承、定位及移動之至少一者，該設備之該底座包括： 一底座主體；複數個主動可控制磁性軸承之至少二個電磁致動器，配置於該底座主體，用以非接觸地支承一載體(50)於該底座主體，使得該載體係於一傳送方向中相對於該底座主體為可位移的；以及至少一阻尼單元(100)，固定於該底座主體且裝配以抑制該底座之複數個振盪。
  16. 一種旋轉模組，包括：一真空腔室；以及一轉子，可旋轉地固定於該真空腔室中，該轉子包括如申請專利範圍第15項所述之底座。
  17. 一種操作一設備之方法，該設備用以一物體之支承、定位及移動之至少一者，該方法包括：主動地控制至少二個磁性軸承，用以非接觸地支承一載體於一底座；以及利用固定於該載體的至少一阻尼單元抑制該載體之複數個振動，及利用固定於該底座的該至少一阻尼單元抑制該底座之複數個振動之至少一者。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該載體之該些振動係利用固定於該載體之該至少一阻尼單元抑制，或其中該底座之該些振動係利用固定於該底座之該至少一阻尼單元抑制。
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