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超精密复杂集成电路专用装备智能制造集成创新

来源:http://www.workrewired.com 作者:机械设备 人气:182 发布时间:2020-03-17
摘要:一、企业背景 上海微电子装备有限公司成立于 2002 年 3月,位于上海市国家级高科技园区——张江高科技开发园区内。上微是在科技部和上海市政府推动下,由国内多家企业集团和投资

一、企业背景 上海微电子装备有限公司成立于 2002 年 3 月,位于上海市国家级高科技园区——张江高科技开发园区内。上微是在科技部和上海市政府推动下,由国内多家企业集团和投资公司共同投资组建的高科技有限责任公司,是国内唯一一家专注从事应用于大规模生产的中高端投影光刻设备研发、制造及销售的公司,产品可广泛应用于 IC 制造、先进封装、MEMS、LED、OLED-TFT 等制造领域。 高端投影光刻机涉及精密光学、精密机械、精密控制、软件、材料等多个学科,技术难度高且系统庞大而复杂,是集成电路制造发展的主要推动力。一台高端投影光刻机的软件代码已经达到了 600 多万行;数百个传感器、上千个执行器遍布光刻机“全身”,控制系统的响应时间达到了纳秒级;光刻机中的工件台系统已经达到 2nm 的运动精度,其中包含的激光干涉仪技术可以实现 0.15nm 的测量分辨率;智能传输系统中的预对准技术和机械手技术联动,实现了 5μm 的上片精度;为了保证套刻精度,光刻机中的精密对准系统实现了 3nm 的重复性精度;用于在线检测和实时补偿的调焦调平系统,能够实现 20nm 的重复性精度;为了保证光刻机的性能和可靠性,整机环境控制系统可以使光刻机内部的净化等级达到 Class10,温度控制精度达到±0.005℃。 目前,上微已经成为世界上继荷兰ASML公司、日本的Nikon公司和Canon公司三家光刻机公司之后的第四家掌握高端光刻机的系统设计与系统集成测试技术,并具备生产高端投影光刻机能力的公司。 虽然通过近几年的技术攻关,我国的光刻机制造能力已经取得很大的进步。但是光刻机的制造过程还是采用比较传统的方式。光刻机结构极为复杂,其使用到的零部件大多具有结构复杂、精度高、批量小的特点。受到传统制造方式的拘束,零部件的加工与装配,存在制造周期长、成本高等问题。这些问题直接影响光刻机的整体性能和竞争力,相同的问题也一直困扰着国内其他集成电路装备生产商。 二、智能制造战略规划构想 光刻机的系统架构和工作方式与智能制造工厂非常类似,如图 2所示。智能制造工厂的建设属于跨学科、多领域的复杂系统建设,系统工程的方法必不可少。光刻机的设计和集成过程中,已经成功运用了系统工程的方法,并形成了完整的体系。整体而言,光刻机已经具备了智能制造工厂的所有要素。 智能制造工厂的工作模式:输入设计图纸,即可在后端直接产出正式产品,中间全部为智能化的运作,无须操作工或工程师直接干预。而光刻机的工作模式也是工艺处方输入操作系统后,上片传输、对准、曝光、下片传输等过程全自动化、智能化进行,后端直接可以输出曝光片。如图 3所示,可见智能制造工厂的基本工作流程与光刻机类似。可以说,光刻机是一个浓缩的智能制造工厂,而智能制造工厂是一个展开的光刻机。 为解决光刻机结构复杂、高精度、批量小的零部件生产和装配问题,光刻机的技术完全可以作为智能制造工厂的借鉴。上微将建立应用于超精密复杂集成电路专用装备智能制造新模式。在新模式中,充分利用智能制造技术和光刻机研发过程中所积累的相关技术。其总体目标为,提高生产效率、降低运营成本、缩短产品研制周期、降低产品不良品率和提高能源利用率。 其中,主要包括建立智能车间制造系统,实现产品从设计、制造到装配的全流程智能化;建立智能化自主设计平台,将设计与仿真协同,支持和满足个性化设计和仿真,特别是将 3D 打印的设计理念与光刻机的复杂系统相结合,提升产品的设计质量和设计效率;建立如图 4 所示的,全自动高精密复杂零部件柔性制造岛,采用 3D 打印与 CNC 结合,以快速和相对低的成本制造结构复杂、高精度、小批量的金属零件;建立如图 5 所示的,人机协作高精密复杂零部件柔性装配岛,实现结构复杂和多样性部件的高精密装配能力。 这种智能制造模式将会推动超精密复杂集成电路专用装备在设计理念与制造理念上的变革,受益的将不仅仅是光刻机,未来还可以服务于所有的集成电路装备制造商,甚至可以复制到其他的行业,开辟金属零件加工的新纪元。

在芯片制造中,光刻机就像一台精密复杂的特殊照相机,是生产芯片时“定义图形”中最为重要的一种机器。高端光刻机集精密光学、机械、控制、材料等先进科技和工程技术于一体,是集成电路装备中技术难度最高的关键设备,因此也被称为人类技术发展的制高点和制造工业“皇冠上的明珠”。

在企业研发攻关中,SMEE还形成了符合高端设备产业的管理、技术和营销服务团队,建成了具有国际先进水平的研发、生产、储运基础设施。这其中离不开对高端创新人才的培养与积累。

“公司始终将创新人才视为企业最宝贵的财富,认真培养本土化的优秀团队,在坚持自主培养的基础上,积极引进高科技人才,以此保证公司的核心竞争力。”周畅说,目前,公司已形成了一支逾千人的年龄结构合理、学科门类齐全、专业技能扎实的光刻机设计、集成的优秀工程技术人才队伍以及与复杂系统研制和产品化、产业化相适应的经营管理团队,其中博士和硕士超过40%。

hga025手机版,综观全球半导体设备与材料市场,一直以来被几位国外巨头抢占。半导体制造设备市场被美国和欧洲的ASML光刻设备垄断,半导体材料则主要由日本掌控。而中国半导体产业受限于起步晚、基础薄弱,所用的设备与材料近90%依赖于进口。

只有打破垄断才能掌握主动。2002年成立的SMEE试图走出一条摆脱国外垄断的自强之路。SMEE是在国家科技部和上海市政府推动下,由上海市多家企业集团和投资公司投资组建的专业IC设备公司,在国内专注从事应用于大规模生产的中高端投影光刻设备研发、制造及销售。

“2002年公司刚成立时,跟国际光刻机的先进水平相差了20年,我们用了十几年的时间去缩小差距,打破国外技术垄断。”周畅说。早在2002年,光刻机被列入国家863重大科技攻关计划,并由SMEE来承担。经过十几年潜心研发,SMEE研发团队几乎从零出发,攻克各项技术难关,推出的G6高分辨率TFT扫描投影曝光机、SSB245/10平板显示屏用高分辨率投影光刻机等先进设备,特别是IC前道光刻机曝光系统及关键技术开发,让我国已基本掌握了高端光刻机的集成技术,并部分掌握了核心部件的制造技术,中国制造在全球光刻机领域也发出了“中国声音”。如今,SMEE在先进封装光刻机产品方面形成了系列化和量产化,在国际同类产品中处于先进水平,还实现了光刻机海外市场的销售突破。

一直以来,光刻机以其研发技术要求高、研发周期长及研发资金投入高等特点,成为集成电路和半导体产业链中准入门槛高的核心环节,能生产高端光刻机的厂商少之又少。举例来说,为了在更小的物理空间集成更多的电子元件,单个电路的物理尺寸越来越小,主流光刻机在硅片上投射的光刻电路分辨率要达到50-90纳米,这就对光刻机的技术提出了更高要求。

其中,IC前道投影光刻机是集成电路装备中技术难度最高、价格最昂贵的关键设备。为此,开发和量产以高端光刻机为代表的各种智能装备,既具有较高的战略价值,又具有极高的经济价值。

在先进封装光刻机产品方面实现系列化和量产化之后,SMEE又推出了最新的IC前道光刻机曝光系统及关键技术开发项目,一次次实现光刻机技术的重要突破,带领国内光刻机制造迈上新台阶。

为何被称为“皇冠上的明珠”

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