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上微：超精密復(fù)雜集成電路專用裝備智能制造集成創(chuàng)新

2018-05-25   來源：   評論：0
摘要：為解決光刻機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度、批量小的零部件生產(chǎn)和裝配問題，光刻機(jī)的技術(shù)完全可以作為智能制造工廠的借鑒。上微將建立應(yīng)用于超精密復(fù)雜集成電路專用裝備智能制造新模式。
　　導(dǎo)讀：為解決光刻機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度、批量小的零部件生產(chǎn)和裝配問題，光刻機(jī)的技術(shù)完全可以作為智能制造工廠的借鑒。上微將建立應(yīng)用于超精密復(fù)雜集成電路專用裝備智能制造新模式。
　　一、企業(yè)背景
　　上海微電子裝備有限公司（簡稱“上微”）成立于 2002 年 3 月，位于上海市國家級高科技園區(qū)——張江高科技開發(fā)園區(qū)內(nèi)。上微是在科技部和上海市政府推動下，由國內(nèi)多家企業(yè)集團(tuán)和投資公司共同投資組建的高科技有限責(zé)任公司，是國內(nèi)唯一一家專注從事應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的中高端投影光刻設(shè)備研發(fā)、制造及銷售的公司，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于 IC 制造、先進(jìn)封裝、MEMS、LED、OLED-TFT 等制造領(lǐng)域。
　　高端投影光刻機(jī)涉及精密光學(xué)、精密機(jī)械、精密控制、軟件、材料等多個學(xué)科，技術(shù)難度高且系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，是集成電路制造發(fā)展的主要推動力。一臺高端投影光刻機(jī)的軟件代碼已經(jīng)達(dá)到了 600 多萬行；數(shù)百個傳感器、上千個執(zhí)行器遍布光刻機(jī)“全身”，控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間達(dá)到了納秒級；光刻機(jī)中的工件臺系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到 2nm 的運(yùn)動精度，其中包含的激光干涉儀技術(shù)可以實(shí)現(xiàn) 0.15nm 的測量分辨率；智能傳輸系統(tǒng)中的預(yù)對準(zhǔn)技術(shù)和機(jī)械手技術(shù)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)了 5μm 的上片精度；為了保證套刻精度，光刻機(jī)中的精密對準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 3nm 的重復(fù)性精度；用于在線檢測和實(shí)時補(bǔ)償?shù)恼{(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn) 20nm 的重復(fù)性精度；為了保證光刻機(jī)的性能和可靠性，整機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)可以使光刻機(jī)內(nèi)部的凈化等級達(dá)到 Class10，溫度控制精度達(dá)到±0.005℃。
　　目前，上微已經(jīng)成為世界上繼荷蘭ASML公司、日本的Nikon公司和Canon公司三家光刻機(jī)公司之后的第四家掌握高端光刻機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成測試技術(shù)，并具備生產(chǎn)高端投影光刻機(jī)能力的公司。
　　雖然通過近幾年的技術(shù)攻關(guān)，我國的光刻機(jī)制造能力已經(jīng)取得很大的進(jìn)步。但是光刻機(jī)的制造過程還是采用比較傳統(tǒng)的方式。光刻機(jī)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，其使用到的零部件大多具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、批量小的特點(diǎn)。受到傳統(tǒng)制造方式的拘束，零部件的加工與裝配，存在制造周期長、成本高等問題。這些問題直接影響光刻機(jī)的整體性能和競爭力，相同的問題也一直困擾著國內(nèi)其他集成電路裝備生產(chǎn)商。
　　二、智能制造戰(zhàn)略規(guī)劃構(gòu)想
　　光刻機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)和工作方式與智能制造工廠非常類似，如圖 2所示。智能制造工廠的建設(shè)屬于跨學(xué)科、多領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)建設(shè)，系統(tǒng)工程的方法必不可少。光刻機(jī)的設(shè)計(jì)和集成過程中，已經(jīng)成功運(yùn)用了系統(tǒng)工程的方法，并形成了完整的體系。整體而言，光刻機(jī)已經(jīng)具備了智能制造工廠的所有要素。
　　▲圖2
　　智能制造工廠的工作模式：輸入設(shè)計(jì)圖紙，即可在后端直接產(chǎn)出正式產(chǎn)品，中間全部為智能化的運(yùn)作，無須操作工或工程師直接干預(yù)。而光刻機(jī)的工作模式也是工藝處方輸入操作系統(tǒng)后，上片傳輸、對準(zhǔn)、曝光、下片傳輸?shù)冗^程全自動化、智能化進(jìn)行，后端直接可以輸出曝光片。如圖 3所示，可見智能制造工廠的基本工作流程與光刻機(jī)類似?？梢哉f，光刻機(jī)是一個濃縮的智能制造工廠，而智能制造工廠是一個展開的光刻機(jī)。
　　▲圖3
　　為解決光刻機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度、批量小的零部件生產(chǎn)和裝配問題，光刻機(jī)的技術(shù)完全可以作為智能制造工廠的借鑒。上微將建立應(yīng)用于超精密復(fù)雜集成電路專用裝備智能制造新模式。在新模式中，充分利用智能制造技術(shù)和光刻機(jī)研發(fā)過程中所積累的相關(guān)技術(shù)。其總體目標(biāo)為，提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營成本、縮短產(chǎn)品研制周期、降低產(chǎn)品不良品率和提高能源利用率。
　　其中，主要包括建立智能車間制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到裝配的全流程智能化；建立智能化自主設(shè)計(jì)平臺，將設(shè)計(jì)與仿真協(xié)同，支持和滿足個性化設(shè)計(jì)和仿真，特別是將 3D 打印的設(shè)計(jì)理念與光刻機(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)相結(jié)合，提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率；建立如圖 4 所示的，全自動高精密復(fù)雜零部件柔性制造島，采用 3D 打印與 CNC 結(jié)合，以快速和相對低的成本制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高精度、小批量的金屬零件；建立如圖 5 所示的，人機(jī)協(xié)作高精密復(fù)雜零部件柔性裝配島，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和多樣性部件的高精密裝配能力。
　　▲圖4柔性制造島
　　▲圖5柔性裝配島
　　這種智能制造模式將會推動超精密復(fù)雜集成電路專用裝備在設(shè)計(jì)理念與制造理念上的變革，受益的將不僅僅是光刻機(jī)，未來還可以服務(wù)于所有的集成電路裝備制造商，甚至可以復(fù)制到其他的行業(yè)，開辟金屬零件加工的新紀(jì)元。
　　三、智能制造實(shí)踐現(xiàn)狀和效果
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　　更多精彩內(nèi)容盡在《2017上海智能制造與高端裝備案例集》！
　　為樹立典型、宣傳推廣先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會組織相關(guān)單位，對本市智能制造新模式、新機(jī)制應(yīng)用以及高端智能裝備首臺突破情況進(jìn)行了梳理，將相關(guān)企業(yè)的先進(jìn)做法和成功經(jīng)驗(yàn)匯編成書，為企業(yè)開展智能制造、高端智能裝備研制與應(yīng)用提供借鑒與參考。本案例集共分為四個部分，第一部分為本市智能制造新模式、新機(jī)制應(yīng)用典型案例，第二部分為本市智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商典型案例，第三部分為本市具有代表性的高端智能裝備首臺突破案例，第四部分為本市支持智能制造和高端裝備發(fā)展的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。
　　訂購熱線：021-51757717
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