本文選題：摩擦式晶圓傳輸 + 微陣列接觸面�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)先導(dǎo)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。IC制造要求半導(dǎo)體晶圓在數(shù)百道工藝之間頻繁傳輸,晶圓傳輸能力對于整個IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。晶圓傳輸機器人承擔著晶圓的準確定位與快速平穩(wěn)搬運任務(wù),是IC制造關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著IC制造向著大尺寸晶圓、小線寬工藝方向發(fā)展,IC生產(chǎn)工序變得更集中,環(huán)境更潔凈,加工精度更高,速度更快,這對晶圓傳輸機器人的傳輸性能提出了更高要求。晶圓傳輸接觸面具有水平高摩擦、豎直低粘附性能并避免晶圓產(chǎn)生粘滑現(xiàn)象,是摩擦式晶圓傳輸實現(xiàn)大尺寸晶圓高效穩(wěn)定傳輸?shù)年P(guān)鍵。為此,本文在國家“973計劃”課題“復(fù)雜環(huán)境下大尺寸超薄晶圓高效穩(wěn)定傳輸原理與實現(xiàn)”資助下,開展摩擦式晶圓傳輸?shù)奈㈥嚵薪佑|面與粘滑傳感器研究,提出了一種摩擦式晶圓傳輸?shù)母吣Σ恋驼掣轿㈥嚵薪佑|面設(shè)計方法,針對晶圓柔性支承建立了基于Lu Gre摩擦模型和彈性體模型的柔性動態(tài)接觸模型并得到了實驗驗證,設(shè)計了一款摩擦式晶圓傳輸?shù)碾姶鸥袘?yīng)式接觸面粘滑傳感器,制作了微陣列接觸面樣品以及接觸面粘滑傳感器樣機,并對兩者的性能進行了實驗研究,驗證了相關(guān)原理與方法的可行性。在摩擦式晶圓傳輸?shù)奈㈥嚵薪佑|面研究方面,本文針對大尺寸晶圓高效穩(wěn)定可靠拾取需求,建立了面向摩擦式晶圓傳輸?shù)奈㈥嚵薪佑|面摩擦與粘附模型,分析了微陣列發(fā)生斷裂、失穩(wěn)、叢聚及超強粘附等功能失效形式及其產(chǎn)生原因,得到了摩擦式晶圓傳輸?shù)乃礁吣Σ痢⒇Q直低脫附微陣列接觸面結(jié)構(gòu)設(shè)計約束條件,提出了摩擦式晶圓傳輸?shù)奈㈥嚵薪佑|面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,設(shè)計并制備了面向摩擦式晶圓傳輸?shù)腟U-8微陣列接觸面樣品。在柔性動態(tài)接觸面模型與實驗研究方面,本文將柔性凸點和晶圓的接觸等效為彈性體和剛體接觸,建立了一種基于Lu Gre摩擦模型和梁-彈簧網(wǎng)絡(luò)模型的柔性動態(tài)接觸模型,能準確描述柔性接觸面摩擦力動態(tài)特性和接觸區(qū)域點陣位移隨時間的演變,并通過定義無量綱參數(shù)ε可將上述模型簡化為基于Lu Gre摩擦模型和單一懸臂梁的柔性動態(tài)接觸模型(即整個彈性體可以等效為單一懸臂梁),設(shè)計了基于上述模型的柔性動態(tài)接觸過程仿真算法。實驗與仿真結(jié)果驗證了上述模型的準確性及其仿真算法的有效性,為摩擦式晶圓傳輸?shù)慕佑|面粘滑檢測及其傳感器設(shè)計提供了理論依據(jù)。在摩擦式晶圓傳輸?shù)慕佑|面粘滑傳感器研究方面,本文針對摩擦式晶圓傳輸接觸面接觸信息檢測檢測需求,分析了一種基于電磁感應(yīng)的新型柔性接觸面粘滑傳感器原理,設(shè)計了一款面向摩擦式晶圓傳輸?shù)碾姶鸥袘?yīng)式接觸面粘滑傳感器,制作了結(jié)構(gòu)緊湊且質(zhì)輕的粘滑傳感器樣機并進行了信號調(diào)理,制作了用于安裝和測試粘滑傳感器樣機的摩擦傳輸式末端執(zhí)行器。最后,搭建了微陣列接觸面性能測試實驗系統(tǒng)與晶圓傳輸接觸面粘滑傳感器性能測試實驗系統(tǒng),開展了摩擦式晶圓傳輸?shù)奈㈥嚵薪佑|面及粘滑傳感器實驗研究。實驗結(jié)果表明:SU-8微陣列接觸面具有水平高摩擦、豎直低脫附的功能特性,并且與普通SU-8表面相比,能顯著提高摩擦式晶圓傳輸?shù)淖畲蠹铀俣?增加了47%),驗證了摩擦式晶圓傳輸?shù)奈㈥嚵薪佑|面相關(guān)理論及設(shè)計方法的可行性;接觸面粘滑傳感器可以通過其輸出值與實驗標定閾值直接比較來判定柔性接觸面上的粘滑狀態(tài),能區(qū)分摩擦力突變方向,可以實現(xiàn)晶圓從“粘”到“滑”整個過程的粘滑檢測,并能實現(xiàn)晶圓傳輸過程中的晶圓粘滑狀態(tài)在線檢測,驗證了該傳感器的可行性;該傳感器可為實現(xiàn)機器人主動防滑控制提供必要的接觸信息反饋,對于評估和提高晶圓傳輸機器人運動性能具有重要作用。
[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 .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212;TN405

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本文編號：1763182