Computer-Integrated Ion, Free Radical and UV Light Sources for Micromanufacturing Workcell

用于微制造工作单元的计算机集成离子、自由基和紫外光源

基本信息

  • 批准号:
    0500372
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-05-15 至 2009-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this project is to create a micro-manufacturing workcell that integrates atomic force microscopy and robotic micro-manipulation with recently invented miniature plasma source technology to perform localized materials treatment, etching and deposition on the micrometer scale. The micro-scale output beams of ions, free radicals and ultraviolet light from the miniature plasma sources will be characterized and the interaction of these beams with surfaces for doing materials processing will be studied. Using this integrated workcell the research will explore methods to model and plan various micro-manufacturing processes, and then sense and provide real-time feedback during and between each micro-manufacturing step. The approach is to design and build small plasma sources that have a specially constructed plate or grid on the end of the plasma source for the extraction of ions, neutral radicals or ultraviolet light. The end plate or grid design needs to be robust and strong so thin diamond films with micrometer-sized apertures will be investigated to produce processing areas that can be as small as one square micrometer. The substrate to be processed will be mounted on a robotic positioning stage that has submicrometer precision. An atomic force microscope unit will be incorporated in the micro-manufacturing workcell so that the local area materials processing can be iteratively examined during the materials processing steps. Models of the micro-manufacturing process will be investigated for use in planning the tool path for the steps in the manufacturing process. Techniques for sensing and imaging the process during and between processing steps will be investigated using a computer-integrated approach.If successful, the benefit of this research will be the establishment of engineering principles for the design and utilization of processes and associated equipment for adding, removing, and assembling materials and parts in the microenvironment, thereby realizing reliable and efficient manufacturing methods for micro devices and systems. The type of processing that can be done with the micro-scale plasma source includes surface activation, etching, ion milling/sputtering, plasma-assisted deposition and light activation of surfaces and processes. Such micro-manufacturing techniques will benefit the fabrication and assembly of microsystems where very different materials and fabrication processes are involved for systems that integrate electronic, fluidic, chemical/biological sensing and mechanical subsystems. In addition, the research will establish tools for the automation of processes in micro-manufacturing workcells.
该项目的研究目标是创建一个微制造工作单元,将原子力显微镜和机器人微操作与最近发明的微型等离子体源技术相结合,以在微米尺度上进行局部材料处理、蚀刻和沉积。将表征微型等离子体源的离子、自由基和紫外光的微尺度输出光束,并研究这些光束与材料加工表面的相互作用。使用这个集成工作单元,该研究将探索对各种微制造过程进行建模和规划的方法,然后在每个微制造步骤期间和之间感知并提供实时反馈。该方法是设计和建造小型等离子体源,在等离子体源的末端有一个特殊构造的板或网格,用于提取离子、中性自由基或紫外线。端板或网格设计需要坚固耐用,因此将研究具有微米级孔径的金刚石薄膜,以产生小至一平方微米的加工区域。待处理的基板将安装在具有亚微米精度的机器人定位台上。原子力显微镜单元将被纳入微制造工作单元中,以便在材料加工步骤期间可以迭代地检查局部区域材料加工。将研究微制造过程的模型,以用于规划制造过程中步骤的刀具路径。将使用计算机集成方法研究在加工步骤期间和之间对过程进行传感和成像的技术。如果成功,这项研究的好处将是为过程和相关设备的设计和利用建立工程原理,以添加、在微环境中移除和组装材料和零件,从而实现微型器件和系统的可靠、高效的制造方法。可以使用微型等离子体源完成的处理类型包括表面活化、蚀刻、离子铣削/溅射、等离子体辅助沉积以及表面和工艺的光活化。这种微制造技术将有利于微系统的制造和组装,其中集成电子、流体、化学/生物传感和机械子系统的系统涉及非常不同的材料和制造工艺。此外,该研究还将建立微制造工作单元中流程自动化的工具。

项目成果

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