{"id":17039,"date":"2026-08-23T11:53:09","date_gmt":"2026-08-23T09:53:09","guid":{"rendered":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/sifeng-he\/"},"modified":"2026-08-23T11:53:16","modified_gmt":"2026-08-23T09:53:16","slug":"sifeng-he","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/sifeng-he\/","title":{"rendered":"Sifeng He"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":8,"featured_media":17040,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-17039","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"main_text":"","naam_van_het_proefschift":"Large-Scale Active Contactless Transportation System for Semiconductor Wafers","samenvatting":"De voortdurende vooruitgang in de halfgeleider- en fotovolta\u00efsche technologie\u00ebn wordt gedreven door de vraag naar kleinere, lichtere en effici\u00ebntere elektronische apparaten. Een belangrijke trend binnen deze evolutie is de afname van de substraatdikte, wat leidt tot lagere materiaalkosten en betere prestaties, in combinatie met de toename van de waferdiameter om de doorvoer te verhogen. Als gevolg hiervan maakt de moderne productie in toenemende mate gebruik van siliciumwafers die zowel dun als groot van oppervlak zijn. Deze combinatie verandert het mechanische gedrag van wafers fundamenteel, waardoor zij zeer compliant, fragiel en gevoelig voor externe verstoringen worden.\n\nMomenteel maken conventionele waferhandlingsystemen gebruik van mechanisch contact via robotgrijpers en end-effectors, wat lange tijd acceptabel was voor mechanisch robuuste substraten. Voor ultradunne wafers kunnen echter zelfs minimale contactkrachten leiden tot vervorming, microscheurtjes of breuk. Bovendien veroorzaakt herhaald droog contact onvermijdelijk de vorming van nanodeeltjes door wrijving en microslijtage, wat bijdraagt aan verontreiniging en daarmee de opbrengst en betrouwbaarheid van apparaten vermindert. Hoewel in de literatuur contactloze waferhandlingsystemen zijn voorgesteld om mechanisch contact te vermijden, slagen deze er niet in om tegelijkertijd contactloze positionering en transport te realiseren, terwijl zij ook maakbaar en schaalbaar blijven voor grote werkgebieden.\n\nDit proefschrift adresseert deze lacune door de ontwikkeling van een schaalbaar contactloos wafertansportsysteem op basis van actieve luchtlagerprincipes, met een sterke nadruk op maakbaarheid en praktische opschaling. Allereerst wordt een nieuw contactloos krachtsactuatorconcept ge\u00efntroduceerd, gebaseerd op een continu vervormbaar luchtlageroppervlak dat is opgebouwd uit eenheden met compliant-mechanismen. Dit ontwerp maakt een effectieve opwekking van viskeuze tractiekrachten mogelijk, terwijl de mechanische constructie aanzienlijk wordt vereenvoudigd ten opzichte van eerdere architecturen met discrete cellen, wat fabricage en integratie vergemakkelijkt. Experimentele validatie toont stabiele levitatie, een vlieghoogte van 42.5 \u00b5m en een hoge tractiekracht tot 90 mN aan, waarmee de haalbaarheid van de voorgestelde aanpak wordt bevestigd.\n\nOm een geautomatiseerde en effici\u00ebnte aansturing van het compliant luchtlagersysteem mogelijk te maken, wordt een instelbare hybride reluctantie-actuator ontwikkeld. Door gebruik te maken van regelbare magnetische reluctantie realiseert deze actuator een passieve en instelbare stijfheidsreductie met hoge krachteffici\u00ebntie en lage overdracht van verstoringen. Experimentele resultaten tonen een aanzienlijke stijfheidsreductie tot 88.5 % aan, maar maken tevens duidelijk dat gesloten-lusregeling noodzakelijk is om dynamische instabiliteiten bij hoge reductieniveaus te beperken.\n\nVoortbouwend op deze componenten wordt een modulair contactloos wafertansportsysteem gerealiseerd door de paden voor de luchtstroom te herontwerpen en vacu\u00fcmweerstanden te integreren. Hiermee wordt stabiele levitatie gewaarborgd, zelfs wanneer de wafer het lageroppervlak gedeeltelijk open laat tijdens beweging. Closed loop experimenten bevestigen betrouwbaar contactloos transport en een positioneringsnauwkeurigheid van \u00b12.5 \u00b5m. Tot slot wordt het modulaire concept uitgebreid tot een grootschalig systeem door meerdere modules te integreren in \u00e9\u00e9n uniform vlak oppervlak. Experimentele resultaten valideren de schaalbaarheid van het ontwerp, de verbeterde maakbaarheid en tonen aan dat oppervlaktekwaliteit een cruciale factor is voor vlieghoogte, vacu\u00fcmverbruik en realiseerbare tractiekracht.\n\nSamenvattend legt dit werk een solide basis voor schaalbaar en maakbaar contactloos wafertansport. Hoewel verdere verbeteringen op het gebied van oppervlakteafwerking, vacu\u00fcmbeheer, actuatorprestaties en regelstrategie\u00ebn noodzakelijk zijn, vormen de gepresenteerde concepten een belangrijke stap richting praktische, hoogwaardig presterende contactloze handlingoplossingen voor de volgende generatie halfgeleiderproductie.","summary":"The relentless advancement of semiconductor and photovoltaic technologies has been driven by the demand for smaller, lighter, and more efficient electronic devices. A key trend accompanying this evolution is the reduction in substrate thickness, which lowers material costs and improves performance, alongside the increase in wafer diameter to enhance throughput. As a result, modern manufacturing increasingly relies on silicon wafers that are both thin and large in area. This combination fundamentally alters the mechanical behavior of wafers, resulting in them being highly compliant, fragile, and sensitive to external disturbances. Currently, conventional wafer handling systems rely on mechanical contact through robotic grippers and end-effectors, which have long been acceptable for mechanically robust substrates. However, for ultra-thin wafers, even minimal contact forces can induce warpage, micro-cracks, or fracture. Moreover, repeated dry contact unavoidably generates nanoparticles through friction and micro-wear, contributing to contamination that degrades yield and device reliability. In the literature, although contactless wafer handling approaches have been proposed to eliminate mechanical contact, they fail to achieve contactless positioning and transportation functionalities while remaining manufacturable and scalable to large working areas.\n\nTherefore, this thesis addresses this gap by developing a scalable contactless wafer transportation system based on active air-bearing principles, with a strong emphasis on manufacturability and practical upscaling. As a first step, a novel contactless force actuator is introduced, featuring a continuous deformable air-bearing surface composed of compliant-mechanism-based unit cells. This design enables effective generation of viscous traction forces while significantly simplifying mechanical construction for easier fabrication and component integration, compared to prior discrete-cell architectures. Experimental validation demonstrates stable levitation, a fly height of 42.5 \u00b5m, and high traction force up to 90 mN, confirming the feasibility of the proposed approach.\n\nTo enable automated and efficient actuation of the compliant air-bearing system, a tunable hybrid reluctance actuator is developed. By exploiting adjustable magnetic reluctance, the actuator achieves passive and tunable stiffness reduction with high force efficiency and low disturbance transmissibility. Experimental results demonstrate substantial stiffness reduction up to 88.5 %, while also revealing the necessity of closed-loop control to mitigate dynamic instabilities at high reduction levels. Building on these components, a modular contactless wafer transportation system is realized through redesigned airflow pathways and integrated vacuum resistances, ensuring stable levitation even when the wafer partially uncovers the bearing surface. Closed-loop experiments confirm reliable contactless transportation and \u00b12.5 \u00b5m positioning accuracy. Finally, the modular concept is extended to a large-scale system by integrating multiple modules into a unified flat surface. Experimental results validate the scalability of the design, improved manufacturability, and highlight surface quality as a critical factor governing fly height, vacuum consumption, and traction force.\n\nOverall, this work establishes a viable foundation for scalable, manufacturable contactless wafer transportation. While further improvements in surface finishing, vacuum management, actuator capability, and control strategies are required, the presented concepts represent a significant step toward practical, high-performance contactless handling solutions for next-generation semiconductor manufacturing.","auteur":"Sifeng He","auteur_slug":"sifeng-he","publicatiedatum":"10 september 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/sifenghe?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/bb2ec27e-ba59-4ba6-843e-dcdf9227c601\/highres","url_epub":"","ordernummer":"19498","isbn":"978-94-6518-397-8","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Overig","afbeeldingen":17041,"video_url":"","podcast_url":"","naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Overig","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/17039","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=17039"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/17039\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":17042,"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/17039\/revisions\/17042"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/17040"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=17039"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/dodo.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=17039"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}