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大角度离子注入机垂直扫描机构的设计

作　者: 胡代群
导　师: 刘求益
学　校: 湘潭大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 气体轴承差分密封垂直扫描机构离子注入机 FLUENT6.2
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

垂直扫描机构是大角度离子注入机的一个非常关键的组件,它将高速直线运动从靶室外大气环境传递到靶室内高真空环境,使装有晶片的靶盘高速升降运动,形成离子束垂直方向按要求的高速机械扫描。随着器件工艺的发展,离子注入设备从传统的多片高速旋转靶发展到当今的单晶片大角度注入靶,为不使晶片局部过热,要求单晶片靶升降扫描速度高达数百毫米每秒,同时,靶室真空度的好坏和靶室内颗粒数量的多少是影响晶片成品质量非常重要的因素。如果真空度达不到要求,会导致离子束发散度变大、束流损失增大、产生中性束以及引起离子束的不纯等危害;如果靶室颗粒数量超标,则会使晶片形成缺陷,当缺陷密度达到一定值时,元器件就会失效。本文根据大角度离子注入机的垂直扫描结构方案和有关参数,对垂直扫描机构的气体轴承和真空差分密封部分进行了设计和性能计算。主要进行了气体润滑基础理论研究,建模与计算方法的阐述,气体轴承主要结构参数选定,性能分析和方法准确性的验证。文中没有采用传统的方法去求解雷诺方程,而是采用了近年来非常流行且实用的有限体积法,结合通用流体分析软件直接对计算域的控制方程进行求解。同时,运用真空技术相关理论,对垂直扫描机构的真空差分密封进行了设计和计算。计算结果表明,此垂直扫描机构具有低摩擦、气体泄漏率低的特点,它能满足晶片处理过程中对靶室高真空度及低颗粒污染的要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
主要符号表  9-11
第1章绪论  11-20
  1.1 课题背景  11-15
  1.2 技术背景与垂直扫描机构驱动方式的选择  15-18
    1.2.1 直线电机＋静压气体轴承  15-18
    1.2.2 直线电机＋直线导轨  18
    1.2.3 伺服电机＋滚珠丝杠  18
  1.3 本文研究内容和方向  18-20
第2章体轴承建模与计算方法介绍  20-31
  2.1 静压圆柱气体轴承工作原理  20-22
  2.2 基本微分方程式的简化  22-25
  2.3 气体轴承设计和分析方法  25-27
  2.4 CFD 基本方法与 FLUENT 软件简介  27-31
    2.4.1 CFD 基本方法  27-28
    2.4.2 FLUENT 软件简介  28-31
第3章体轴承仿真分析  31-55
  3.1 气体轴承计算模型的建立  31-34
    3.1.1 结构简介  31-32
    3.1.2 气体轴承的数学模型  32-34
  3.2 气体轴承计算网格的生成  34-41
    3.2.1 气体轴承网格划分的方法  34-35
    3.2.2 气体轴承网格划分过程示例  35-41
  3.3 迭代计算过程设置  41-44
    3.3.1 基本迭代过程设置方法  41-44
  3.4 计算结果与参数影响分析  44-55
    3.4.1 流体物性与湍流模型的影响  44-45
    3.4.2 制造精度对气体轴承特性的影响  45-47
    3.4.3 直线电机的横向边端效应对气体轴承特性的影响  47-49
    3.4.4 往复运动速度对气体轴承特性的影响  49-51
    3.4.5 计算结果分析  51-55
第4章垂直扫描机构差分密封的计算  55-60
  4.1 气体通道的计算  56-57
  4.2 第一级差分抽气室真空泵的选择  57
  4.3 第二级差分抽气室的计算  57-58
  4.4 流入靶室的气体流量的计算  58-59
  4.5 讨论  59-60
第5章结论与展望  60-62
  5.1 结论  60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
附录 A（攻读学位期间发表论文目录）  66

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