摩擦式晶圆传输的微阵列接触面与粘滑传感器研究

发布时间：2018-04-17 10:18

  本文选题：摩擦式晶圆传输 + 微阵列接触面　； 参考：《哈尔滨工业大学》2017年博士论文

【摘要】：集成电路(IC)产业是国民经济和社会发展的基础先导战略性产业。IC制造要求半导体晶圆在数百道工艺之间频繁传输,晶圆传输能力对于整个IC产业发展具有至关重要的作用。晶圆传输机器人承担着晶圆的准确定位与快速平稳搬运任务,是IC制造关键设备之一。随着IC制造向着大尺寸晶圆、小线宽工艺方向发展,IC生产工序变得更集中,环境更洁净,加工精度更高,速度更快,这对晶圆传输机器人的传输性能提出了更高要求。晶圆传输接触面具有水平高摩擦、竖直低粘附性能并避免晶圆产生粘滑现象,是摩擦式晶圆传输实现大尺寸晶圆高效稳定传输的关键。为此,本文在国家“973计划”课题“复杂环境下大尺寸超薄晶圆高效稳定传输原理与实现”资助下,开展摩擦式晶圆传输的微阵列接触面与粘滑传感器研究,提出了一种摩擦式晶圆传输的高摩擦低粘附微阵列接触面设计方法,针对晶圆柔性支承建立了基于Lu Gre摩擦模型和弹性体模型的柔性动态接触模型并得到了实验验证,设计了一款摩擦式晶圆传输的电磁感应式接触面粘滑传感器,制作了微阵列接触面样品以及接触面粘滑传感器样机,并对两者的性能进行了实验研究,验证了相关原理与方法的可行性。在摩擦式晶圆传输的微阵列接触面研究方面,本文针对大尺寸晶圆高效稳定可靠拾取需求,建立了面向摩擦式晶圆传输的微阵列接触面摩擦与粘附模型,分析了微阵列发生断裂、失稳、丛聚及超强粘附等功能失效形式及其产生原因,得到了摩擦式晶圆传输的水平高摩擦、竖直低脱附微阵列接触面结构设计约束条件,提出了摩擦式晶圆传输的微阵列接触面结构设计方法,设计并制备了面向摩擦式晶圆传输的SU-8微阵列接触面样品。在柔性动态接触面模型与实验研究方面,本文将柔性凸点和晶圆的接触等效为弹性体和刚体接触,建立了一种基于Lu Gre摩擦模型和梁-弹簧网络模型的柔性动态接触模型,能准确描述柔性接触面摩擦力动态特性和接触区域点阵位移随时间的演变,并通过定义无量纲参数ε可将上述模型简化为基于Lu Gre摩擦模型和单一悬臂梁的柔性动态接触模型(即整个弹性体可以等效为单一悬臂梁),设计了基于上述模型的柔性动态接触过程仿真算法。实验与仿真结果验证了上述模型的准确性及其仿真算法的有效性,为摩擦式晶圆传输的接触面粘滑检测及其传感器设计提供了理论依据。在摩擦式晶圆传输的接触面粘滑传感器研究方面,本文针对摩擦式晶圆传输接触面接触信息检测检测需求,分析了一种基于电磁感应的新型柔性接触面粘滑传感器原理,设计了一款面向摩擦式晶圆传输的电磁感应式接触面粘滑传感器,制作了结构紧凑且质轻的粘滑传感器样机并进行了信号调理,制作了用于安装和测试粘滑传感器样机的摩擦传输式末端执行器。最后,搭建了微阵列接触面性能测试实验系统与晶圆传输接触面粘滑传感器性能测试实验系统,开展了摩擦式晶圆传输的微阵列接触面及粘滑传感器实验研究。实验结果表明:SU-8微阵列接触面具有水平高摩擦、竖直低脱附的功能特性,并且与普通SU-8表面相比,能显著提高摩擦式晶圆传输的最大加速度(增加了47%),验证了摩擦式晶圆传输的微阵列接触面相关理论及设计方法的可行性;接触面粘滑传感器可以通过其输出值与实验标定阈值直接比较来判定柔性接触面上的粘滑状态,能区分摩擦力突变方向,可以实现晶圆从“粘”到“滑”整个过程的粘滑检测,并能实现晶圆传输过程中的晶圆粘滑状态在线检测,验证了该传感器的可行性;该传感器可为实现机器人主动防滑控制提供必要的接触信息反馈,对于评估和提高晶圆传输机器人运动性能具有重要作用。
[Abstract]:This paper presents a method for designing the contact surface of micro - array with high friction and vertical low adhesion , which is based on Lu Gre friction model and elastic body model , and presents a friction and adhesion model based on Lu Gre friction model and beam - spring network model . Compared with the ordinary SU - 8 surface , the maximum acceleration ( increased by 47 % ) of the friction type wafer transmission can be remarkably improved , the related theory and the design method of the micro - array contact surface of the friction type wafer transmission are verified , the adhesive slip detection on the flexible contact surface can be determined by directly comparing the output value of the friction type wafer transmission and the experimental calibration threshold value , the feasibility of the sensor can be realized , and the sensor can provide the necessary contact information feedback for realizing the active anti - slip control of the robot , and has important effect on evaluating and improving the motion performance of the wafer transmission robot .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212;TN405

【参考文献】

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本文编号：1763182