大尺寸晶圆传输机器人末端执行器接触特性分析与设计

作     者：曹玉梅 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘延杰

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：晶圆传输机器人 末端执行器 大尺寸晶圆 接触特性 

摘      要：集成电路（IC）制造装备是电子信息产业的核心,是推动国民经济和社会信息化发展的高新技术之一。晶圆传输系统是IC装备中必不可少的组成部分,其中的晶圆传输机器人是晶圆传输系统的关键部件,主要承担晶圆的精确定位与快速、平稳搬运任务,作为重要传输部分的晶圆传输机器人末端执行器,很大程度地影响晶圆的高效可靠传输。 针对大尺寸晶圆高摩擦力和小变形的要求,结合国家973项目“超大规模集成电路制造装备基础问题研究（项目编号2009CB724206）,本课题对晶圆传输机器人两种末端执行器（摩擦传输式和真空吸附式末端执行器）与晶圆的接触特性进行了深入研究,设计了传输机器人的末端执行器,最终对末端执行器的传输性能进行了实验验证。 在摩擦传输式末端执行器研究方面,分析了晶圆的材料参数,研究不同厚度的晶圆在不同接触方式下的变形,并以晶圆变形量最小为目标,确立了基于凸点接触的摩擦传输方式。针对凸点接触方式,结合仿生学理论,提出了一种基于壁虎刚毛接触凸点的晶圆传输方式,并建立了凸点与晶圆的接触模型,结合接触理论,对比分析了刚毛凸点、不锈钢凸点、橡胶凸点的参数与晶圆传输摩擦力的关系;通过末端执行器的静态和动态特性仿真分析,设计了仿壁虎刚毛接触凸点的摩擦传输式末端执行器。 在真空吸附式末端执行器研究方面,以晶圆变形最小为目标,结合吸附点分布与晶圆变形的关系,确定了晶圆变形最小时的吸附点分布状态。研究晶圆传输摩擦力与末端执行器吸附点参数的关系,推导了晶圆传输时的摩擦力表达式。基于理论分析,通过静态和动态特性分析,设计了真空吸附式末端执行器。 最后搭建了实验系统,对摩擦传输式末端执行器和真空吸附式末端执行器的性能进行验证。实验证明,基于接触特性分析设计的仿壁虎刚毛接触凸点摩擦传输式末端执行器有效地提高了平稳传输晶圆的加速度,性能优于其它摩擦传输式末端执行器;针对大尺寸超薄晶圆设计的真空吸附式末端执行器,有效地增加了晶圆传输的加速度,减小了晶圆的变形。