基于仿生微阵列的晶圆传输面接触特性研究

摘要

集成电路（IC）产业是关系到国家经济和国防安全的重要支柱产业，晶圆传输系统作为IC产业中必不可少的IC制造装备，对IC产业的生产效率起着至关重要的影响。现代社会的发展对晶圆传输系统提出了越来越高的要求，目前制约晶圆传输效率的一个重要原因是无法产生足够大的摩擦力。而仿照壁虎皮肤制作的微阵列在摩擦、粘附性能上具有不同于一般材料的特性，这对于提高晶圆传输效率具有重要意义。围绕着仿壁虎微阵列在晶圆传输上的应用，本文研究了微阵列的接触特性，并以此为基础设计了新型微阵列传输面，提高了晶圆传输效率。
　　首先，应用弹性接触理论和力学知识，对微米级垂直微阵列、微米级倾斜微阵列和纳米级微阵列的接触特性分别进行了研究。遵循由微观到宏观的原则，先对单根刚毛的受力情况进行了分析，进而将分析结果应用到整个微阵列上，得出了微阵列的摩擦、粘附力计算公式。研究结果表明微米级倾斜微阵列和纳米级微阵列由于较大粘附力的存在均不适合晶圆传输，而微米级垂直微阵列在表现出较出色的摩擦性能的同时还能保持较低的粘附性能，最适合应用于晶圆传输。
　　针对微米级垂直微阵列，考虑到微阵列高度的不均匀性与接触表面的粗糙度，对微阵列处于各种变形状态的刚毛受力情况进行了分析。微阵列的接触是由压缩、拉伸、脱附等不同阶段组成的一个过程，每个阶段中，刚毛的受力情况均有各自的特点，在某一阶段，综合处于各种状态的刚毛的受力情况，就得出了整个微阵列在这个阶段的受力情况。
　　考虑晶圆传输机器人的实际工作环境，建立了机器人最大传输加速度、最大传输粘附力与垂直微阵列的材料、几何参数间的关系，并以此为依据设计了机器人使用的微阵列传输面，选定了微阵列的制备方法。
　　最后搭建了微阵列摩擦、粘附实验系统和晶圆传输实验系统。对制备出的硅橡胶微阵列传输面进行了相关实验，并与同种材料制作的不具有微结构的普通硅橡胶传输面进行比较。实验结果验证了有关微阵列接触特性的理论分析，证明了微米级垂直微阵列在晶圆传输机器人上的应用显著提高的机器人的传输效率，且这种仿生传输面不存在可以测量的粘附力，方便晶圆的脱附。

目录

基于仿生微阵列的晶圆传输面 接触特性研究

Research on Contact Properities of Wafer Transmission Surface Based on Bionic Microarray

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4主要研究内容

第2章 仿生微阵列的接触特性研究

2.1 引言

2.2 弹性接触理论

2.3 微米级垂直微阵列

2.4 微米级倾斜微阵列

2.5 纳米级微阵列

2.6 本章小结

第3章 面向晶圆传输的微阵列的接触过程分析

3.1 引言

3.2 高度均匀微阵列与光滑表面接触

3.3高度均匀微阵列与粗糙表面接触

3.4 高度不均微阵列与光滑表面接触

3.5 高度不均微阵列与粗糙表面接触

3.6 本章小结

第4章 基于仿生微阵列的晶圆传输面的设计与制备

4.1 引言

4.2 晶圆传输性能与微阵列参数的关系研究

4.3 仿生传输面的设计

4.4 仿生传输面的制备方法

4.5 本章小结

第5章 微阵列传输面性能实验研究

5.1 引言

5.2 实验系统建立

5.3 微阵列摩擦粘附实验

5.4 晶圆传输实验

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致 谢