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晶圆升降机构关键技术研究

作　者: 李鹏
导　师: 崔继文
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 升降机构 ANSYS分析重复定位精度
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

集成电路(IC)是电子信息产业发展的核心,IC制造装备是IC产业的最主要支撑。IC制造过程各种工艺前都需要进行晶圆的传输、定位和姿态调整。晶圆升降机构就是晶圆自动传输系统重要组成部分之一。其速度、重复定位精度将直接或间接影响IC的生产效率和制造质量。研究高精度、高速度、高稳定性的新型晶圆升降机构可以提高生产效率和制造质量,为IC制造提供有力保障。本文在分析晶圆升降机构的国内外发展概况和研究现状的基础上,结合国内外现有技术,主要对晶圆升降机构进行了结构全新设计;关键部件结构参数进行了性能分析优化;完成了控制系统的设计调试;机构关键的性能参数进行了实验研究。具体内容包括:1.从晶圆升降机构机理角度,分析了其功能与流程,提出了新型机构总体方案,完成了驱动系统、检测系统、真空吸附装置、空气静压装置具体结构设计,为了减小交接晶圆过程冲击力影响,机械结构上增加了簧片缓冲和防转装置。2.在机构设计基础上讨论其结构对性能的影响。从分析晶圆参数出发,对真空吸管位置和缓冲簧片尺寸进行了参数优化;运动部件和晶圆建立整体模型仿真分析;对空气静压装置进行了静力特性和振动模态分析,从仿真分析方面验证了结构设计满足性能要求。3.设计晶圆升降机构控制系统,确定了伺服系统和真空吸附系统的总体方案。完成了伺服系统构建以及真空吸附控制系统设计,通过调节伺服系统PID参数,改善系统性能,实现晶圆精确定位。4.依据激光测量位移原理建立了晶圆升降机构激光测量实验平台,进行了机构性能特性实验包括运动范围、最大速度、最大加速度实验,完成了关键位置的重复定位精度实验和分辨能力实验。实验表明,文中新型的300mm晶圆升降机构,可以实现行程18mm,最大速度81.38mm/s,最大加速度为7.91m/s2,重复定位精度为4.9um和分辨能力为1um,满足晶圆升降机构实际性能需求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外相关技术的发展现状及分析  9-13
  1.3 课题研究主要内容  13-15
第2章晶圆升降机构功能及机理分析  15-29
  2.1 引言  15
  2.2 晶圆升降机构流程及功能  15-16
    2.2.1 晶圆升降机构流程  15
    2.2.2 晶圆升降机构功能  15-16
  2.3 晶圆升降机构总体方案设计  16-17
  2.4 驱动系统  17-19
  2.5 检测系统  19-21
  2.6 真空吸附系统  21-23
  2.7 空气静压系统  23-26
  2.8 机械结构设计  26-28
    2.8.1 簧片缓冲装置设计  26-27
    2.8.2 防转装置设计  27-28
  2.9 本章小结  28-29
第3章晶圆升降机构的性能分析  29-42
  3.1 引言  29
  3.2 ANSYS概述  29-30
  3.3 晶圆参数的分析  30-31
  3.4 真空吸管结构优化  31-34
  3.5 簧片变形分析  34-38
  3.6 空气静压装置分析  38-41
    3.6.1 装置建模和静力特性分析  38-40
    3.6.2 装置振动模态分析  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第4章晶圆升降机构控制系统的设计  42-53
  4.1 引言  42
  4.2 控制系统总体设计方案  42-43
  4.3 伺服系统的组成  43-46
    4.3.1 伺服系统  43-45
    4.3.2 伺服系统的组建  45-46
  4.4 伺服系统的调试  46-51
    4.4.1 伺服系统PID控制  46-47
    4.4.2 系统PID调试依据  47-48
    4.4.3 系统ELMO控制器中的PID调试  48-51
  4.5 真空吸附系统控制设计  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章晶圆升降机构实验研究  53-65
  5.1 引言  53
  5.2 晶圆升降机构实验系统搭建  53-55
  5.3 晶圆升降机构性能测试  55-56
  5.4 晶圆升降机构重复定位精度实验  56-59
    5.4.1 重复定位精度评价方法  56-57
    5.4.2 重复定位精度实验分析  57-59
  5.5 晶圆升降机构分辨能力实验  59-63
  5.6 晶圆升降机构稳定性实验  63-64
  5.7 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
致谢  70

晶圆升降机构关键技术研究

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