芯耀
1.2萬(wàn)
芯片制造，良率和效率是關(guān)鍵。自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)AMHS（Automated Material Handling System）就是在該需求中應(yīng)運(yùn)而生的。
AMHS已成為12英寸晶圓廠標(biāo)配
在晶圓廠中，AMHS負(fù)責(zé)整個(gè)晶圓生產(chǎn)過(guò)程中的物料自動(dòng)搬送工作，通常包含傳送設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備以及調(diào)度系統(tǒng)。從具體方案的角度來(lái)看，當(dāng)前晶圓廠主要在用的AMHS方案有三種：空中行走式無(wú)人搬送車（OHT天車）、潔凈存儲(chǔ)系統(tǒng)（STK）方案和移動(dòng)機(jī)器人（AGV）地面方案。
事實(shí)上，在早期的晶圓廠，工程師們都是采用人工搬運(yùn)或半自動(dòng)化的方式來(lái)進(jìn)行物料的統(tǒng)籌，但到了8英寸時(shí)代，晶圓廠開始逐步導(dǎo)入AMHS的AGV地面方案和OHT天車方案。今天，在12英寸晶圓廠，AMHS天車方案已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)配。
為何12英寸比8英寸更需要AMHS？這是因?yàn)榫A尺寸越大，相應(yīng)晶圓廠的建造面積會(huì)隨之?dāng)U大，對(duì)于12寸Fab來(lái)說(shuō)，單個(gè)存滿wafer的FOUP重量已達(dá)8-15公斤，體積為8寸晶圓盒的2倍，通過(guò)人工搬送已經(jīng)不能彌補(bǔ)物料傳送環(huán)節(jié)的不流暢和穩(wěn)定性問(wèn)題，因此全自動(dòng)化在當(dāng)今的晶圓廠是必需品。
圖 | 彌費(fèi)科技創(chuàng)始人兼CEO繆峰正在介紹AMHS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，與非網(wǎng)攝制
根據(jù)彌費(fèi)科技創(chuàng)始人兼CEO繆峰的介紹，一般一座12寸40nm 40000片月產(chǎn)能的晶圓廠通常包含約200臺(tái)天車構(gòu)成的天車傳送系統(tǒng)、約25-30臺(tái)大型存儲(chǔ)設(shè)備和10000臺(tái)以上的空中緩存單元，以及其他各種形式的傳輸、存儲(chǔ) 、凈化設(shè)備。
據(jù)悉，在臺(tái)積電的工廠里，就有1800臺(tái)全球最先進(jìn)的天車在運(yùn)轉(zhuǎn)。
AMHS市場(chǎng)穩(wěn)定增長(zhǎng)，多年來(lái)一直被村田和大福壟斷
如今，AMHS可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體晶圓廠生產(chǎn)線間物料的無(wú)塵自動(dòng)搬運(yùn)，減少搬運(yùn)過(guò)程的振動(dòng)，滿足半導(dǎo)體的精密化生產(chǎn)需求，提升半導(dǎo)體的生產(chǎn)效率，已經(jīng)成為晶圓廠的必備核心裝備。
放眼半導(dǎo)體前道制造，我們來(lái)看一下AMHS在其中的占比情況。根據(jù)Gartner 2021年的數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)自動(dòng)化與控制類設(shè)備在晶圓前端設(shè)備占比為4.1%，而AMHS占此類近7成，即AMHS在整個(gè)半導(dǎo)體前道設(shè)備市場(chǎng)中占比約3%。
圖 | AMHS系統(tǒng)運(yùn)行展示，圖源：彌費(fèi)科技公眾號(hào)
聚焦于AMHS市場(chǎng)，根據(jù)市場(chǎng)側(cè)統(tǒng)計(jì)，目前在半導(dǎo)體領(lǐng)域，全球AMHS市場(chǎng)規(guī)模在36億美金 (~265億人民幣) 左右，年復(fù)增長(zhǎng)率為16%左右，多年來(lái)全球市場(chǎng)基本被日本村田機(jī)械和日本大福所壟斷，市占率達(dá)95%以上。
面向中國(guó)市場(chǎng)，12英寸晶圓廠成為半導(dǎo)體轉(zhuǎn)型升級(jí)的熱點(diǎn)，根據(jù)12英寸晶圓廠采購(gòu)一套完整的AMHS系統(tǒng)(包括軟件+硬件)約占晶圓廠設(shè)備投資總額的3%，可以預(yù)計(jì)，未來(lái)4年內(nèi)，國(guó)內(nèi)晶圓廠AMHS系統(tǒng)平均的市場(chǎng)需求約為52億元/年。
除了12英寸增量市場(chǎng)外，還有8英寸存量市場(chǎng)的更新迭代，當(dāng)前8英寸晶圓廠急需自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)以提升效率。根據(jù)2022-2025年大陸地區(qū)已公布的晶圖廠投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，4年間晶圓廠(8英寸和12英寸)的平均設(shè)備投入資金約為1732億/年。
AMHS國(guó)產(chǎn)化率5%，彌費(fèi)科技貢獻(xiàn)90%
半導(dǎo)體芯片制造流程復(fù)雜，生產(chǎn)工序達(dá)上千道，晶圓制作過(guò)程技術(shù)要求較高，因此AMHS是一套復(fù)雜的自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng)。同時(shí)AMHS在整個(gè)前道制造設(shè)備投入上的占比又沒(méi)那么大，所以晶圓廠在選擇AMHS系統(tǒng)供應(yīng)商時(shí)異常謹(jǐn)慎，大大抬高了國(guó)產(chǎn)廠商的進(jìn)入壁壘，這也是為什么這么多年來(lái)一直被日本村田機(jī)械和日本大福所壟斷的原因所在。
但受到國(guó)際上逆全球化大環(huán)境的影響，中國(guó)亟需建立完整的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈體系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)自給自足，為此近年來(lái)國(guó)內(nèi)廠商也開始逐步突破，導(dǎo)入晶圓制造環(huán)節(jié)，通過(guò)demo、小規(guī)模試驗(yàn)，不斷積累場(chǎng)景經(jīng)驗(yàn)，包括彌費(fèi)科技、新施諾、成川科技、尊芯智能、芯奕華、華芯裝備、芯運(yùn)智能、派迅智能等。
當(dāng)前，AMHS的國(guó)產(chǎn)化率在5%左右。值得一提的是，在這批AMHS國(guó)產(chǎn)化大軍中，我們看到彌費(fèi)科技的國(guó)產(chǎn)替代市占率超過(guò)了90%，已經(jīng)累計(jì)服務(wù)超過(guò)30家晶圓廠，并已成功打入全球前五大晶圓廠中的4家，成為中國(guó)半導(dǎo)體晶圓廠AMHS細(xì)分賽道的領(lǐng)跑者。
AMHS方案國(guó)產(chǎn)化，正在帶動(dòng)整個(gè)供應(yīng)鏈國(guó)產(chǎn)化
縱觀彌費(fèi)科技的成長(zhǎng)，2014年成立之初還是一家聚焦技術(shù)服務(wù)的公司，真正啟動(dòng)AMHS研發(fā)是2018年才開始的，當(dāng)時(shí)在蘇州工業(yè)園區(qū)的倉(cāng)庫(kù)中劃分了一個(gè)區(qū)域拿出來(lái)做移動(dòng)機(jī)器人的研發(fā)，后來(lái)又開始做凈化設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備，在不斷交付新品的過(guò)程中茁壯成長(zhǎng)。
圖 | 彌費(fèi)科技臨港生產(chǎn)基地暨全球研發(fā)中心啟用儀式及媒體開放日現(xiàn)場(chǎng)，與非網(wǎng)攝制
繆峰在彌費(fèi)科技臨港生產(chǎn)基地暨全球研發(fā)中心啟用儀式及媒體開放日上表示：“彌費(fèi)科技的每一款產(chǎn)品，從研發(fā)到真正量產(chǎn)大概需要3年的時(shí)間，所以過(guò)去我們以平均每年4款新品的速度推向市場(chǎng)，累計(jì)至今已經(jīng)交付給客戶三十幾款半導(dǎo)體設(shè)備，這體現(xiàn)了我們的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。今天，全新的臨港生產(chǎn)基地暨全球研發(fā)中心的啟用，占地約8000㎡，并構(gòu)建了以天車為核心的潔凈室AMHS整體解決方案2000㎡標(biāo)準(zhǔn)化示范線，這標(biāo)志著彌費(fèi)科技邁向了一個(gè)嶄新的階段?！?/p>
這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，從仿真到驗(yàn)證，在到最后的實(shí)施交付，彌費(fèi)科技采取的是正向研發(fā)的思路，而非逆向工程。
對(duì)此，彌費(fèi)科技CTO李宏偉博士表示：“彌費(fèi)科技的目標(biāo)是，到2026年能夠成為半導(dǎo)體領(lǐng)域全球前三的AMHS系統(tǒng)及供應(yīng)商。當(dāng)前我們已經(jīng)推出了以天車核心傳輸設(shè)備、協(xié)作式機(jī)器人、晶圓存儲(chǔ)設(shè)備、光罩存儲(chǔ)設(shè)備、緩沖存儲(chǔ)設(shè)備、上下料口凈化設(shè)備等三十余種AMHS設(shè)備和軟件調(diào)度系統(tǒng)為代表的產(chǎn)品，并已完成了從AMHS產(chǎn)品供應(yīng)商向AMHS系統(tǒng)級(jí)供應(yīng)商的演進(jìn)。我們的研發(fā)體系采取的是四代戰(zhàn)略，即研發(fā)一代、儲(chǔ)備一代、開發(fā)一代、部署一代，來(lái)滿足高速發(fā)展的行業(yè)需求?！?/p>
面對(duì)與國(guó)際兩大廠商的差距，李宏偉坦誠(chéng)地說(shuō)：“首先，他們積累了豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，因此在數(shù)據(jù)量和算法魯棒性方面具備優(yōu)勢(shì)；其次，這兩家廠商的產(chǎn)品平均搬運(yùn)效率較高，國(guó)內(nèi)廠商仍需努力迎頭趕上?！?/p>
筆者注意到，就在2023年三季度，彌費(fèi)科技的AMHS系統(tǒng)級(jí)解決方案已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)證并順利交付芯粵能半導(dǎo)體。在2023北京微電子國(guó)際研討會(huì)暨IC WORLD大會(huì)上，繆峰曾透露：“2023年第四季度，彌費(fèi)科技將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)8英寸和12英寸半導(dǎo)體晶圓廠AMHS的整廠量產(chǎn)交付，這意味著海外寡頭在過(guò)去20～30年對(duì)半導(dǎo)體AMHS這一細(xì)分賽道上壟斷局面將被徹底打破?！?/p>
除了AMHS產(chǎn)業(yè)本身的演進(jìn)外，我們還看到，這些系統(tǒng)級(jí)方案國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)，也在帶動(dòng)整個(gè)供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，包括主控、非接觸式供電系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等。
寫在最后
面向未來(lái)，在彌費(fèi)科技的眼中，晶圓廠的下一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是工廠的全面數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)工藝的可預(yù)測(cè)、可監(jiān)控、可優(yōu)化和可調(diào)整。而在這浪潮之中，彌費(fèi)科技作為國(guó)產(chǎn)力量在不斷深耕本土市場(chǎng)的同時(shí)，也將加大出海計(jì)劃的布局和投入，包括在馬來(lái)西亞新建一個(gè)組裝廠，來(lái)滿足東南亞片區(qū)客戶的需求。
