基于加速度调节的晶圆传输机械手末端执行器设计与分析

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2、其自动化专业‘作者姓名５－＾＾指导教师完成日期２０１５年１１月ＩUniversityCode：10856StudenttID:M010113127DESIGNANDANALYSISOFENDEFFECTORFORWAFERTRANSFERROBOTBASEDONACCELERATIONADJUSTMENTCandidate:ShenLeiSupervisor:SongFangMechanicalManufacturingMajor:andAutomationCollegeofMechanicalEngineeri

3、ngShanghaiUniversityofEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaNovember,2015基于加速度调节的晶圆传输机械手末端执行器设计与分析摘要集成电路(IC)产业是当今信息社会经济发展的基石和核心，晶圆传输系统是IC产业中最关键的制造装备，对IC产业的生产效率具有决定性的影响。目前，作为晶圆传输系统的关键部件——晶圆传输机械手，均采用水平位姿的方式传输晶圆，由此决定其传输晶圆的最大加速度仅由晶圆自身重力产生摩擦力提供，进而限制了晶圆传输效率；针对以上问题，本文提出采用加速度调节的方式来提高晶

4、圆传输效率，重点分析了基于加速度调节的晶圆传输面微观界面粘附机理，设计了基于加速度调节的末端执行器，最终对所设计的末端执行器传输性能进行了仿真验证。首先，应用微观弹性接触理论，研究了理想状态下晶圆传输面在水平位姿状态及加速度调节状态下的微观界面粘附机理,在此基础上研究了晶圆传输面微结构在考虑实际接触变形情况下的微观界面粘附机理。通过建立微结构力学模型，得出了晶圆在水平位姿状态及加速度调节状态下的加速度、粘附力计算公式，为后文末端执行器的结构设计奠定了理论基础。然后，基于晶圆传输面微观界面粘附机理，设计了末端执行器微结构阵列。对比分析了圆柱体微结

5、构阵列、长方体微结构阵列和圆锥体微结构阵列等三种结构形式，在水平位姿状态及加速度调节状态下的变形情况以及其所能提供的最大加速度随位姿调整时间的变化关系，分析结果表明圆柱体微结构阵列在传输晶圆过程中具有较小的变形且具有更优的加速性能，进而确立末端执行器采用圆柱体微结构阵列；最后，以晶圆变形最小为目标，确立了末端执行器微结构阵列数目。基于末端执行器总体设计要求，确立了末端执行器初步设计结构，随后，利用拓扑优化设计方法对初步结构进行了优化，得到了基于加速度调节的末端执行器最优结构，最后，从结构动力学角度验证分析了优化结果的合理性。最后，建立晶圆传输机

6、械手模型，对三种微结构阵列末端执行器性能进行了仿真分析，并对水平位姿传输和加速度调节方式传输的效率进行了比较。结果证明，采用I圆柱体微结构阵列作为末端执行器的接触凸点具有更好的粘附性能，且采用加速度调节的方式进行晶圆传输，能够有效地提高晶圆传输加速度，性能明显优于水平位姿传输方式。关键词：晶圆传输机械手,微结构阵列，末端执行器，拓扑优化，粘附机理IIDESIGNANDANALYSISOFENDEFFECTORFORWAFERTRANSFERROBOTBASEDONACCELERATIONADJUSTMENTABSTRACTTheintegrat

7、edcircuitindustryisthecornerstoneandthecoreofeconomicdevelopmentinthemoderninformationsociety,wafertransmissionsystemisthekeymanufacturingequipmentintheintegratedcircuitindustry,ithasadecisiveinfluencefortheproductionefficiencyintheintegratedcircuitindustry.Atpresent,wafertr

8、ansmissionmanipulator,askeycomponentinthewafertransmissionsystem,alladoptth