搬運(yùn)機(jī)器人外文翻譯

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 外文翻譯專 業(yè) 機(jī)械電子工程 學(xué) 生 姓 名 張 華 班 級(jí) B機(jī)電092 學(xué) 號(hào) 05 指 導(dǎo) 教 師 袁 健 外文資料名稱：Research，design and experiment of end effectorfor wafer transfer robot 外文資料出處：Industrail Robot：An International Journal 附 件： 1.外文資料翻譯譯文 2.外文原文 指導(dǎo)教師評(píng)語： 簽名： 年 月 日晶片傳送機(jī)器人末端效應(yīng)器研究、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)劉延杰、徐夢(mèng)、曹玉梅張華譯摘要：目的晶片傳送機(jī)器人扮演一個(gè)重要角色I(xiàn)C制造行業(yè)并且末

2、端執(zhí)行器是一個(gè)重要的組成部分的機(jī)器人。本文的目的是使晶片傳送機(jī)器人通過研究其末端執(zhí)行器提高傳輸效率,同時(shí)減少晶片變形。設(shè)計(jì)/方法/方法有限元方法分析了晶片變形。對(duì)于在真空晶片傳送機(jī)器人工作,首先,作者運(yùn)用來自壁虎的超細(xì)纖維陣列的設(shè)計(jì)靈感研究機(jī)器人的末端執(zhí)行器,和現(xiàn)在之間方程機(jī)器人的交通加速度和參數(shù)的超細(xì)纖維數(shù)組?；谶@些研究,一種微陣列凹凸設(shè)計(jì)和應(yīng)用到一個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的末端執(zhí)行器。對(duì)于晶片傳送機(jī)器人工作在大氣環(huán)境中,作者分析了不同因素的影響晶片變形。在吸收面積的壓力分布的計(jì)算公式,提出了最大傳輸加速度。最后, 根據(jù)這些研究得到了一個(gè)新的種末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)大氣機(jī)器人。結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 通過本文研究應(yīng)

3、用晶片傳送機(jī)器人的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)得到顯著提高。并且晶片變形吸收力得到控制。實(shí)際意義通過實(shí)驗(yàn)可以看出,通過本文的研究,可以用來提高機(jī)器人傳輸能力, 在生產(chǎn)環(huán)境中減少晶片變形。還為進(jìn)一步改進(jìn)和研究末端執(zhí)行器打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。創(chuàng)意/價(jià)值這是第一次應(yīng)用研究由壁虎啟發(fā)了的超細(xì)纖維陣列真空晶片傳送機(jī)器人。本文還通過有限元方法仔細(xì)分析不同因素在晶片變形的影響。關(guān)鍵詞：晶片傳送機(jī)器人末端執(zhí)行器、超細(xì)纖維數(shù)組、晶片1.介紹作為一個(gè)主要集成電路設(shè)備的制造行業(yè),晶片機(jī)器人承擔(dān)了精確定位,快速和穩(wěn)定的傳輸晶片的任務(wù)。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展(比如晶圓的直徑增加到300毫米), 機(jī)械制造技術(shù)的更高的要求是為了提高生產(chǎn)力

4、,因此，更高的晶片傳送效率是必要的。同時(shí),由于晶片變得越來越薄,因此晶片機(jī)器人的設(shè)計(jì)也要防止轉(zhuǎn)移嚴(yán)重變形晶片。末端執(zhí)行器是晶圓轉(zhuǎn)移機(jī)器人一個(gè)重要的組件,它有一個(gè)很大的影響傳輸效率機(jī)器人的硅片變形。目前關(guān)于末端執(zhí)行器的晶片傳送機(jī)器人的研究很少。因此,它是非常必要的相關(guān)研究。發(fā)展至今有兩種晶片傳送機(jī)器人:真空晶片傳送機(jī)器人和大氣晶片傳送機(jī)器人。真空晶片傳送機(jī)器人工作在真空環(huán)境而大氣晶片傳送機(jī)器人工作在大氣環(huán)境。對(duì)于真空晶片傳送機(jī)器人,過境晶片依賴摩擦力晶片和晶圓自己的重量的末端執(zhí)行器之間生成的。雖然大氣晶片傳送機(jī)器人是使用真空泵在晶片和機(jī)器人的末端執(zhí)行器之間產(chǎn)生真空。在大氣壓力和真空中有一種壓力區(qū)

5、別,這造成了相當(dāng)大的正常壓力,然后生成足夠的摩擦力來維持晶圓在機(jī)器人的位置。2研究對(duì)于大氣晶片傳送機(jī)器人對(duì)于晶片傳送機(jī)器人工作在大氣環(huán)境,晶片的兩面的主要的壓力差會(huì)使得摩擦力大到足以影響晶片。晶片的自己的體重還有助于一代的摩擦力。嚴(yán)重的晶片變形可能是由于大量吸收力,這是完全不可接受的。因此,我們需要分析對(duì)晶片的變形產(chǎn)生影響各種因素?？紤]到高轉(zhuǎn)換效率的要求,我們還應(yīng)該建立最大轉(zhuǎn)移加速和晶片傳送機(jī)器人的末端執(zhí)行器工作在大氣環(huán)境的參數(shù)之間的關(guān)系。（1）我們采用有限元分析方法分析吸收毛孔對(duì)晶片的變形數(shù)量的影響對(duì)于晶片的變形下產(chǎn)生不同數(shù)量的吸收毛孔。這里我們假設(shè)吸收毛孔的半徑3毫米均勻分布在一個(gè)圓半徑為

6、100毫米。吸收毛孔的數(shù)量范圍從三到無限的并且用于分析的晶片是直徑300毫米 厚度100微米。分析結(jié)果顯示在圖1和表1。結(jié)果表明,晶片的變形和應(yīng)力減少增加吸收毛孔的數(shù)量,但在減少程度上變得越來越小?？紤]技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性,我們最后選擇四個(gè)吸收毛孔(圖2)。圖1 包含4個(gè)或6個(gè)吸收毛孔約束的晶片的變形模擬圖表1 仿真包含不同數(shù)量的吸收毛孔約束晶片的最大變形和應(yīng)力圖2 包含不同數(shù)量的吸收毛孔最大變形和應(yīng)力曲線（2）吸收孔的位置也會(huì)影響的晶片變形。通過同樣的過程,我們分析晶片的變形和壓力在行動(dòng)與不同位置的吸收毛孔。吸收孔隙分布圈的半徑范圍從30到150毫米。分析結(jié)果顯示在圖3(a)。根據(jù)這個(gè)結(jié)果,我們

7、可以得到的R =110毫米是最佳吸收孔位置以防止晶片的變形(圖4)。圖3 (a)包含不同位置的毛孔約束晶片的變形模擬圖；(b)吸收面接觸等效原理圖圖4 包含吸收毛孔的不同位置最大變形和應(yīng)力曲線（3）半徑影響吸收毛孔在晶片的變形作為吸收毛孔隨其半徑,吸收力它生成也會(huì)改變。所以我們需要分析半徑之間的關(guān)系的吸附孔,晶片變形。結(jié)果顯示在圖5和表2。圖6顯示晶片變形顯著增加隨著規(guī)模的毛孔吸收更大。圖5 不同的吸收孔隙半徑的晶片變形的曲線表2 受到不同的半徑吸收毛孔作用的最大的晶片變形接觸寬度在晶片的變形接觸寬度末端執(zhí)行器之間的影響,晶片也會(huì)影響晶片應(yīng)力和變形。我們分析了晶片變形在不同接觸寬度和結(jié)果如下所

8、示(圖6)。結(jié)果表明,晶片變形和應(yīng)力作為接觸寬度的增加和減少的趨勢(shì)線圖7中所示。當(dāng)接觸寬度是20毫米,晶片最大變形是約1微米,它是可接受的。圖6 不同接觸寬度的晶片變形模擬圖圖7 不同接觸寬度的最大變形和應(yīng)力曲線（4）在吸收區(qū)域壓力分布我們應(yīng)該研究壓力在吸收地區(qū)分布以防在晶圓上存在應(yīng)力集中。如圖3所示(b),當(dāng)晶片是作用下吸收力F,它相當(dāng)于,晶片接觸一個(gè)球是在推動(dòng),力F。根據(jù)赫茲(1882)理論,當(dāng)一個(gè)理想的球體接觸一個(gè)平面,真正的接觸面積可以拿到如下: F -吸收力;Rs -半徑的球體,這里我們假定它等于半徑的吸收毛孔;Rk . -半徑的實(shí)際的接觸面積,E,n -彈性模量和泊松晶圓片的比例;

9、Es,vs -彈性模量和泊松比的球體,這里我們假設(shè)它們是材料相當(dāng)?shù)哪┒藞?zhí)行器。如果某個(gè)地點(diǎn)之間的距離和中心的接觸面積是r,然后上的壓力這個(gè)特定的點(diǎn)是:總體壓力接觸面積是:對(duì)于典型的晶片和機(jī)器人工作在大氣環(huán)境、材料參數(shù)是已知的。Vs= ,Es = 68GPa,V=,E=的平均績(jī)點(diǎn)。我們把壓力分布函數(shù)的接觸面積顯示在方程 ：圖8顯示,沒有顯著變化的壓力值作為X1,X2的變化,這意味著壓力是近均勻分布在整個(gè)吸收面積。因此沒有應(yīng)力集中在吸收區(qū)域。圖8 吸收面積壓力分布圖3.設(shè)計(jì)對(duì)于真空晶片傳送機(jī)器基于以上研究設(shè)計(jì)一種微陣列的腫塊,我們嘗試設(shè)計(jì)一種用于晶片傳送微陣列凹凸。為了降低晶片變形,我們選擇四個(gè)腫

10、塊聯(lián)系方式并且四個(gè)腫塊是完全相同的。從方便處理方面考慮，光刻膠蘇8材料被用來制造了超細(xì)纖維數(shù)組并且采用光刻技術(shù)。原理和實(shí)際圖的微陣列腫塊如圖12所示。超細(xì)纖維數(shù)組是均勻分布的面具，總面積5X5毫米。這個(gè)面具是固定的上表面一個(gè)玻璃基片面積6X6毫米,厚度3毫米。超細(xì)纖維數(shù)組、面具、玻璃襯底,三層組成的微陣列腫塊。材料參數(shù)和尺寸參數(shù)數(shù)組和薄片是超細(xì)纖維顯示在表3。表3 超細(xì)纖維數(shù)組和晶片材料參數(shù)和尺寸參數(shù)通過SEM照片我們可以看出,纖維的表面大約是一個(gè)圓形平面,所以真正的接觸面積在防顫晶片和一個(gè)單纖維之間，面積接近r2。基于表V,這些已知值替換得到方程：當(dāng)機(jī)器人采用這類超細(xì)纖維時(shí)最大傳輸加速度a=

11、 m /s2。以直徑300毫米并且厚度775毫米的晶圓的典型的轉(zhuǎn)移為例。晶圓片的重量公斤。通過方程,當(dāng)機(jī)器人采用這種超細(xì)纖維腫塊時(shí)我們可以得到最大附著力是Fad= 。它可以看到最大的附著力晶片和末端執(zhí)行器之間太小,阻礙了釋放晶片。物理設(shè)計(jì)的末端執(zhí)行器在集成電路產(chǎn)業(yè)晶片盒的半標(biāo)準(zhǔn)大小的規(guī)定為300毫米晶圓。端效應(yīng)的大小應(yīng)該匹配晶圓框的大小,以正確工作。因此,有一個(gè)請(qǐng)求端效應(yīng)的大小是長(zhǎng)度不超過450毫米,寬度不超過250毫米,厚度沒有更多的超過5毫米?；谡?qǐng)求,我們最后決定我們的結(jié)束效應(yīng)是390毫米長(zhǎng),220毫米寬,4毫米厚度。我們也優(yōu)化了末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)結(jié)合現(xiàn)有的樣品,并想出了一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

12、連接的凸起和微陣列末端執(zhí)行器。最后形成的末端執(zhí)行器顯示在圖13。末端執(zhí)行器的振動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問題晶片傳送。這將導(dǎo)致末端執(zhí)行器之間的摩擦和晶片盒、甚至碰撞,這將損害晶片。也嚴(yán)重的振動(dòng)將導(dǎo)致晶片脫離末端執(zhí)行器并導(dǎo)致嚴(yán)重后果。所以共振的結(jié)束效應(yīng)器和機(jī)器人臂必須避免。通過有限元素分析的末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)在本文,我們得到它的動(dòng)態(tài)特性,如下所示表4。表4 末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)的普通頻率我們已經(jīng)知道通過實(shí)驗(yàn)(不包括在這紙),機(jī)器人臂的振動(dòng)頻率是23赫茲,雖然第一階固有頻率的末端執(zhí)行器是72赫茲,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臂的振動(dòng)頻率。輸入的頻率也低于1赫茲。所以最后的效應(yīng)器設(shè)計(jì)是本文能夠避免共振與機(jī)器人的手臂,滿足請(qǐng)求的動(dòng)態(tài)特征。對(duì)

13、于大氣晶片傳送機(jī)器人在前面研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,我們?cè)O(shè)計(jì)四個(gè)吸收毛孔最后效應(yīng)是一致的分布在一個(gè)圓半徑為110毫米。當(dāng)前大氣晶片傳送機(jī)器人可以達(dá)到最大的傳輸加速度為1 g。這里我們把目標(biāo)的末端執(zhí)行器的加速度設(shè)計(jì)在達(dá)到一個(gè)加速度的 g。然后通過方程根據(jù)已知參數(shù),半徑吸收毛孔r可以計(jì)算為r=3毫米。根據(jù)尺寸要求末端執(zhí)行器和引用對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品,我們終于設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器的大氣晶片傳送機(jī)器人如圖9所示。它的接觸寬度與晶片是20毫米。圖9 (a)大氣晶片傳送機(jī)器人末端執(zhí)行器的前面原理圖；(b)背面；(c)實(shí)物在案例的共振的末端執(zhí)行器和機(jī)器人手臂,我們還必須分析末端執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特征。他們見表5,從這可以看到,第一階固有

14、頻率的結(jié)束效應(yīng)是54302赫茲,比手臂的振動(dòng)頻率是23赫茲。同樣的頻率輸入低于1赫茲。所以設(shè)計(jì)的末端執(zhí)行器能夠?yàn)榱吮苊夤舱衽c機(jī)器人的手臂,來滿足要求動(dòng)態(tài)特性。表5 大氣機(jī)器人末端執(zhí)行器的普通頻率4.結(jié)論對(duì)于真空晶片傳送機(jī)器人的末端執(zhí)行器。首先,本文應(yīng)用研究壁虎啟發(fā)超細(xì)纖維陣列的設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器的真空晶片傳輸機(jī)器人。晶圓片的變形與不同的聯(lián)系在真空條件轉(zhuǎn)移比較它顯示4個(gè)凹凸接觸是最合適的方法。超細(xì)纖維的研究數(shù)組用于晶片交通運(yùn)輸和關(guān)系在晶片傳送加速度、附著力和材料、尺寸參數(shù)的超細(xì)纖維數(shù)組建立了。然后一種微陣列凹凸與纖維直徑5毫米和纖維長(zhǎng)度15毫米的設(shè)計(jì)和固定到一個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的末端執(zhí)行器。最后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

15、明,該機(jī)器人采用這種微陣列可以實(shí)現(xiàn)傳輸加速度撞s2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)疙瘩由不銹鋼嗎鋼或橡膠。這意味著應(yīng)用程序的超細(xì)纖維數(shù)組對(duì)真空轉(zhuǎn)移機(jī)器人具有顯著提高機(jī)器人的傳輸效率和這個(gè)有著重要的意義來集成電路制造行業(yè)。還s2基本上是符合理論價(jià)值s2和它驗(yàn)證這項(xiàng)研究的正確性的超細(xì)纖維數(shù)組用于晶片過境。對(duì)于末端執(zhí)行器大氣晶片傳送機(jī)器人,我們已經(jīng)分析了吸收毛孔的號(hào)碼, 位置,半徑和接觸寬度在晶片變形影響。據(jù)分析,四個(gè)吸收毛孔一致分布在一個(gè)圓半徑為110 mm被選擇作為我們的設(shè)計(jì)方案。壓力分布在吸收面積研究和結(jié)果顯示沒有壓力集中在這個(gè)地區(qū)?？紤]吸收力和末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、計(jì)算公式的最大轉(zhuǎn)移加速建立大氣機(jī)器人?；谶@些研

16、究大氣機(jī)器人末端執(zhí)行器,一種新的末端執(zhí)行器滿足請(qǐng)求的動(dòng)態(tài)提出了特征。最后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證研究的正確性末端執(zhí)行器的前面大氣機(jī)器人,我們已經(jīng)成功地在吸收力方面提高了轉(zhuǎn)移能力和控制晶片的大氣機(jī)器人變形。參 考 資 料1 Autumn, K., Liang, Y., Hsieh, T., Zesch, W., Chan, .,Kenny, T., Fearing, R. and Full, . (2000), “Adhesive force of a single gecko foot-hair”, Nature, Vol. 405, 8 June,pp. 681-5.2 Bonora, . and H

17、ine, . (2006), “Ultra low contact area end effector”, United States Patent No. 2006/ A1.3 Cong, M., Du, Y. and Shen, B. (2007), “Robotic wafer handling systems for integrated circuit manufacturing: a review”, Robot, Vol. 29 No. 3, pp. 261-6.4 Fosnight, W., Martin, R., Bonora, A., Asyst Technologies

18、and Milpitas, . (1996), “300mm wafer isolationtechnology:lessons from the 200mm generation”, Solid State Technology, February, pp. 77-81.5 Fransilla, S. (2010), Introduction to Microfabrication, Wiley, New York, NY, p. 36.6 Gan, W. (2007), “Research on kernel technology of a parallel wafer robot”, M

19、asters Degree Paper of Tianjin University,Tianjin, pp. 9-11.7 Hertz, H. (1882), “U¨ ber die beru¨hrung fester elastischerko¨ rper (on the contact of elastic solids)”, J reine undangewandte Mathematik, Vol. 94, pp. 156-71.8 Hu, ., Chuah, . and Yen, . (2002), “Design and evaluation of a

20、 minienvironment for semiconductormanufacture processes”, Building and Evironment, Vol. 37,pp. 201-8.9 Johnson, ., Kendall, K. and Roberts, . (1971),“Surface energy and the contact of elastic solids”,Proc. R. Soc. Lond., Vol. A324, pp. 301-13.10Kanetomo, M., Kashima, H. and Suzuki, T. (1997),“Wafer-

21、transfer robot for use in ultrahigh vacuum”,American Vacuum Society, Vol. 15 No. 3, pp. 1385-8.11Lee, J., Fearing, . and Komvopolous, K.(2008a), “Directional adhesion of gecko-inspired angled microfiber arrays”, Applied Physics Letters, Vol. 93No. .12Lee, J., Majidi, C., Schubert, B. and Fearing, .

22、(2008b),“Sliding induced adhesion of stiff polymer microfiber arrays: 1. Macroscale behaviour”, Journal Royal Society,Interface, 22 January.13Majidi, C., Groff, ., Autumn, K., Baek, S., Bush, B., Gravish, N., Maboudian, R., Maeno, Y., Schubert, B., Wilkinson, M. and Fearing, . (2006), “Highfriction

23、from a stiff polymer using micro-fiber arrays”, Physical Review Letters, Vol. 97 No. .14Marohl, . and Jose, S. (1998), “End effector forsemiconductor wafer transfer device and method of moving a wafer with an end effector”, United States Patent No. .15Quirk, M., Serda, J. and Han, . (2002), Semicond

24、uctor Fabrication Technology, Publishing House of ElectronicsIndustry, Beijing, pp. 4-15 (translated).16RSJ (1998), Robot Technical Manual, Science Press, Beijing.17Schubert, B., Lee, J., Majidi, C. and Fearing, . (2008),“ Sliding induced adhesion of stiff polymer microfiberarrays: 2. Microscale behaviour”, Journal Royal Society, Interface, 22 January.18Schubert, B., Majidi, C., Groff, ., Baek, S., Bush, B., Maboudian, R. and Fearing, . (2007), “Towards frictionand adhesion from high modulus microfiber arrays”, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 21 Nos 12/13, pp. 1297-31