国内外新划片设备满足市场高要

随着集成电路由大规模向超大规模发展，集成度越来越高，到划片工艺，晶圆片成本大幅增加；晶片直径越来越大，目前已达到Φ300mm，划切槽越来越窄，一般在30μm-40μm，这对于以金刚石砂轮作为刃具的强力磨削加工工艺来说，已进入临界尺寸；硅片由Ф150mm(6英寸) 增大到Ф200mm，面积只增加78%，但其中可供芯片利用的面积增加了90%，晶圆片的成本和价值大幅度增加，这些给划片机的加工精度、可靠性、稳定性提出越来越苛刻的要求，使划片设备的设计技术更加复杂，加工制造更加困难。

为了适应集成电路的发展，划片设备技术和工艺也有了较快发展。 2000年，占有国际划片机市场最大份额的日本DISCO公司推出了引领划片机潮流，代表了划片机最高技术水平的双轴对装式Ф300mm 全自动划片机，它已逐渐进入实用化阶段。

国内划片机研制起步晚，但发展较快，特别是我们中国电子科技集团公司第45研究所推出的Ф150mm划片机，已将控制平台提升到了国际上普遍采用的通用计算机操作系统，有效缩短了与国际水平的差距。我所研制的HP-602型精密自动划片机，其主要性能指标已接近或达到国际同类机型先进水平，在此基础上研制的HP-801型精密自动划片机是国内第一台Ф200mm自动划片机，已于2004年达到实用化，新型的双轴精密自动划片机HP-821，日前已发给用户进行工艺考核。

与Ф150mm划片机相比，Ф200mm划片机总体继承了Ф150mm的机械机构和成熟单元技术，控制系统平台由DOS操作系统上升为 WindowsNT操作系统，并在设备机械结构尺寸变大的同时，精度进一步提高，而控制功能也进一步增强，自诊断系统更加完善，可靠性进一步提高。

本土克服大尺寸划片机技术难点

由于其技术复杂性问题，大尺寸精密划片机需要有效解决一系列技术问题：

机械系统要高刚度、高稳定性、低损耗

当划片机的工作台处在高速运动状态(400mm/s)之下时，产生加速度的驱动力及相应的反作用力极易使机械结构产生共振。在划片独特的高速运行条件下，许多高频的共振状态也受到激发，使得在低速条件下完全刚性的结构显示出显著的柔性，极大地影响设备的性能。划片设备典型的密集短促往复运动更加剧了这种情况。

高精度的要求，需要设备具有高速运动下抗振动的极大刚度，通常对应着厚重的机械结构；而极高的速度要求，又必须采用轻质的结构来尽量减轻负载。因此，对高精度和高速度的要求，促使机械结构设计向两个截然相反的方向发展，存在着本质的矛盾。这也正是划片设备机械结构设计的困难和挑战所在。

空气静压主轴设计制造技术

空气静压主轴是划片机的核心，在60000r/min的高转速下实现振动值小于0.5μm，消除它与不锈钢冷却防水罩、机械系统的共振或共鸣，以及它高速旋转引起的部件材料变形等，是划片机设计的最大挑战。这具体体现在材料、设计和加工手段3个方面：一是国内基础工业滞后，材料性能满足不了要求，需要进行材料研究和分析替换；二是设计过程中大部分参数及其组合需要反复试验来摸索总结，工作量巨大。三是加工手段要求高，必须具备空气车床、空气磨床等高精度加工设备。

高速高精度运动定位及控制技术

从国际划片机发展过程来看，从Ф150mm到Ф200mm，精度仅提高1μm，但这是在行程增大的条件下提高的，对导轨、丝杠等机械部件的精度及变形要求极严，要确保划切精度和芯片安全，决不允许有误差积累，因此，只能选择闭环控制。要在不影响或尽量小地影响效率的前提下实现闭环控制，必须采用高速高精度定位及其控制系统。

高效能、快速响应驱动系统

Ф200mm硅片尺寸大、密度高、划切刀痕小，因此，它对各方向动态响应和静态稳定性都有极高的要求，而各方向运行的速度曲线也比较特殊。在做图像对准时，各运动方向的动态响应、运动速度和精度都直接影响到自动对准的准确性、对准效率和硅片的对准通过率。

全自动划片机一般由主机部分、自动对准、自动上下片和自动清洗4个单元组成，其核心部分是主机。HP-821精密自动划片机是作为全自动划片机的主机部分进行研制的，已具有双轴划切和自动对准功能，并留有其他配套部分的软硬件接口，具备良好的可扩展性。该机的研制成功，在为生产线提供一种Ф200mm自动划片机的同时，为Ф200mm全自动划片机的整机研制奠定了基础。