基于仿生微陣列的晶圓傳輸面接觸特性研究.pdf

1、集成電路（IC）產(chǎn)業(yè)是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)和國防安全的重要支柱產(chǎn)業(yè)，晶圓傳輸系統(tǒng)作為IC產(chǎn)業(yè)中必不可少的IC制造裝備，對IC產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)代社會的發(fā)展對晶圓傳輸系統(tǒng)提出了越來越高的要求，目前制約晶圓傳輸效率的一個重要原因是無法產(chǎn)生足夠大的摩擦力。而仿照壁虎皮膚制作的微陣列在摩擦、粘附性能上具有不同于一般材料的特性，這對于提高晶圓傳輸效率具有重要意義。圍繞著仿壁虎微陣列在晶圓傳輸上的應(yīng)用，本文研究了微陣列的接觸特性，并以此

2、為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了新型微陣列傳輸面，提高了晶圓傳輸效率。
　　首先，應(yīng)用彈性接觸理論和力學(xué)知識，對微米級垂直微陣列、微米級傾斜微陣列和納米級微陣列的接觸特性分別進(jìn)行了研究。遵循由微觀到宏觀的原則，先對單根剛毛的受力情況進(jìn)行了分析，進(jìn)而將分析結(jié)果應(yīng)用到整個微陣列上，得出了微陣列的摩擦、粘附力計(jì)算公式。研究結(jié)果表明微米級傾斜微陣列和納米級微陣列由于較大粘附力的存在均不適合晶圓傳輸，而微米級垂直微陣列在表現(xiàn)出較出色的摩擦性能的同時(shí)還能保持較低

3、的粘附性能，最適合應(yīng)用于晶圓傳輸。
　　針對微米級垂直微陣列，考慮到微陣列高度的不均勻性與接觸表面的粗糙度，對微陣列處于各種變形狀態(tài)的剛毛受力情況進(jìn)行了分析。微陣列的接觸是由壓縮、拉伸、脫附等不同階段組成的一個過程，每個階段中，剛毛的受力情況均有各自的特點(diǎn)，在某一階段，綜合處于各種狀態(tài)的剛毛的受力情況，就得出了整個微陣列在這個階段的受力情況。
　　考慮晶圓傳輸機(jī)器人的實(shí)際工作環(huán)境，建立了機(jī)器人最大傳輸加速度、最大傳輸粘附力與

4、垂直微陣列的材料、幾何參數(shù)間的關(guān)系，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了機(jī)器人使用的微陣列傳輸面，選定了微陣列的制備方法。
　　最后搭建了微陣列摩擦、粘附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和晶圓傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。對制備出的硅橡膠微陣列傳輸面進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并與同種材料制作的不具有微結(jié)構(gòu)的普通硅橡膠傳輸面進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了有關(guān)微陣列接觸特性的理論分析，證明了微米級垂直微陣列在晶圓傳輸機(jī)器人上的應(yīng)用顯著提高的機(jī)器人的傳輸效率，且這種仿生傳輸面不存在可以測量的粘附力，方便晶圓的