晶圆升降机构关键技术研究

论文摘要

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。

论文目录

• 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 国内外相关技术的发展现状及分析
• 1.3 课题研究主要内容
• 第2章 晶圆升降机构功能及机理分析
• 2.1 引言
• 2.2 晶圆升降机构流程及功能
• 2.2.1 晶圆升降机构流程
• 2.2.2 晶圆升降机构功能
• 2.3 晶圆升降机构总体方案设计
• 2.4 驱动系统
• 2.5 检测系统
• 2.6 真空吸附系统
• 2.7 空气静压系统
• 2.8 机械结构设计
• 2.8.1 簧片缓冲装置设计
• 2.8.2 防转装置设计
• 2.9 本章小结
• 第3章 晶圆升降机构的性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS概述
• 3.3 晶圆参数的分析
• 3.4 真空吸管结构优化
• 3.5 簧片变形分析
• 3.6 空气静压装置分析
• 3.6.1 装置建模和静力特性分析
• 3.6.2 装置振动模态分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 晶圆升降机构控制系统的设计
• 4.1 引言
• 4.2 控制系统总体设计方案
• 4.3 伺服系统的组成
• 4.3.1 伺服系统
• 4.3.2 伺服系统的组建
• 4.4 伺服系统的调试
• 4.4.1 伺服系统PID控制
• 4.4.2 系统PID调试依据
• 4.4.3 系统ELMO控制器中的PID调试
• 4.5 真空吸附系统控制设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 晶圆升降机构实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 晶圆升降机构实验系统搭建
• 5.3 晶圆升降机构性能测试
• 5.4 晶圆升降机构重复定位精度实验
• 5.4.1 重复定位精度评价方法
• 5.4.2 重复定位精度实验分析
• 5.5 晶圆升降机构分辨能力实验
• 5.6 晶圆升降机构稳定性实验
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢