直驅(qū)技術(shù)與半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)與機(jī)遇

　上海微泓自動(dòng)化設(shè)備有限公司創(chuàng)始人

　　上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與控制實(shí)驗(yàn)室主任博士/ 研究員/博士生導(dǎo)師 劉品寬

　　近幾年，中國(guó)大陸半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備的市場(chǎng)處于高速發(fā)展期。根據(jù) VSLI Research 的統(tǒng)計(jì)，2016年至 2020 年中國(guó)大陸半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模的年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 31.6%，其中2020年中國(guó)大陸半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模為21.0 億美元，同比增長(zhǎng) 24.3%，預(yù)計(jì)2022年中國(guó)大陸半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到30億美元，特別是12吋晶圓的檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)空間巨大。

　　但另一方面，目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體檢測(cè)技術(shù)與國(guó)外差距依舊很大，設(shè)備主要依靠進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)設(shè)備占有率不到10%，本土企業(yè)存在較大的國(guó)產(chǎn)化空間，而制約中國(guó)大陸半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的主要技術(shù)瓶頸之一就是：基于直驅(qū)技術(shù)的大行程納米級(jí)精密定位平臺(tái)及其零部件。

　　精確定位(Precision Positioning)是指物體相對(duì)于參考點(diǎn)或者目標(biāo)點(diǎn)的精確位置，參考點(diǎn)通常是給定坐標(biāo)系的原點(diǎn)(測(cè)量和計(jì)量)，目標(biāo)點(diǎn)是給定坐標(biāo)系下期待的準(zhǔn)確位置(加工裝備)。裝備通過(guò)精密機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)精密的定位過(guò)程。定位精度在微米和亞微米量級(jí)稱(chēng)為微定位(Micropositioning)，定位精度在納米和亞納米量級(jí)稱(chēng)為納定位

　　(Nanopositioning)，定位精度直接影響到裝備的制造良率，定位響應(yīng)直接影響到裝備的制造產(chǎn)率。

　　精密定位機(jī)構(gòu)采用直接驅(qū)動(dòng)(Direct-Drive)技術(shù)，將直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)(Direct-Drive Rotary Motion，簡(jiǎn)稱(chēng) DDR) 或直接驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)電機(jī)(Direct-Drive Linear Motion，簡(jiǎn)稱(chēng) DDL)直接耦合或連接到從動(dòng)負(fù)載上，從而實(shí)現(xiàn)與負(fù)載的剛性耦合，消除了傳動(dòng)皮帶和齒輪箱等相關(guān)問(wèn)題，解決了定位機(jī)構(gòu)的大行程、高精度和快速響應(yīng)等問(wèn)題。因此，高精度、高響應(yīng)的直驅(qū)技術(shù)被成功應(yīng)用于微/納精密定位系統(tǒng)，使其具有高動(dòng)態(tài)特性和高精度多維精密定位機(jī)構(gòu)、超低紋波精密執(zhí)行器與放大器、精密空間誤差建模與校準(zhǔn)算法，以及微擾動(dòng)建模、辨識(shí)與控制算法。

　　根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，如果按照微米級(jí)精密定位產(chǎn)品(運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng))占半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備總價(jià)的10- 15%來(lái)計(jì)算的話(huà)，在IC檢測(cè)與量測(cè)領(lǐng)域，中國(guó)精密運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)的市場(chǎng)容量將近3~3.5億美金，尤其是具備主動(dòng)隔振和環(huán)境控制的多維氣浮精密潔凈運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的需求將占主流。

　　上海微泓自動(dòng)化設(shè)備有限公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為以微/納精密定位技術(shù)為基礎(chǔ)，研究、開(kāi)發(fā)以及生產(chǎn)精密直驅(qū)定位部件

　　(DDR 和 DDL)、多維超精密定位系統(tǒng)(UPM)和超精密測(cè)控設(shè)備整機(jī)(nPS)，并提供相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)服務(wù)。微泓的微/納精密定位產(chǎn)品是筆者研發(fā)團(tuán)隊(duì)近二十年基礎(chǔ)研究形成的核心技術(shù)成果。團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事欠阻尼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)理論研究，以及多維微納米定位機(jī)構(gòu)的幾何精度、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，多維微/納精密伺服驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制等方面的技術(shù)研究，承擔(dān)國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)02專(zhuān)項(xiàng)課題2項(xiàng)，04專(zhuān)項(xiàng)課題1項(xiàng)等重點(diǎn)科研項(xiàng)目，并參與編制了《國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告：納米制造前沿綜述》專(zhuān)著中的“納米制造裝備的精密定位與控制”部分(1.5 萬(wàn)字)，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利30 項(xiàng)，授權(quán)21項(xiàng)，其中2項(xiàng)國(guó)際PCT專(zhuān)利。

　　半導(dǎo)體行業(yè)是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，也是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支撐。近年來(lái)，受全球供應(yīng)鏈緊張和國(guó)際貿(mào)易摩擦等因素的影響，國(guó)家已將國(guó)內(nèi)硅供應(yīng)鏈發(fā)展作為一項(xiàng)重要舉措，大力推進(jìn)晶圓廠(chǎng)的建設(shè)，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)也越來(lái)越意識(shí)到半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的重要性，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同發(fā)展更加緊密，微泓將緊緊把握這一歷史機(jī)遇，在半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展大潮中順勢(shì)而上，精密助力中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)躍升。