AMHS設(shè)備國(guó)產(chǎn)化還需克服哪些困難？

在芯片制造的數(shù)千道工序中，使用了大量的半導(dǎo)體設(shè)備，如廣受關(guān)注的光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等，還有一些則扮演了工業(yè)4.0下智能工廠的核心組成部分，它們可能沒(méi)有前述這些設(shè)備那么受關(guān)注，但在芯片制造環(huán)節(jié)中扮演了重要角色，AMHS設(shè)備就是其中之一。

AMHS（AMHS Automatic Material Handling System），全稱(chēng)為自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)，顧名思義它就是用來(lái)搬送物料的一套系統(tǒng)，其核心特點(diǎn)是高度自動(dòng)化，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，高可靠性和高安全性。在晶圓制造工廠中，規(guī)?；⑸a(chǎn)系統(tǒng)效率最優(yōu)化、良率是最重要的指標(biāo)。其中通過(guò)設(shè)施布局和AMHS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到人流、物流和信息流的暢通。

由于晶圓制造廠工藝流程復(fù)雜，區(qū)間布局非常重要。目前12吋晶圓廠已打通了全自動(dòng)化物流搬運(yùn)，即通過(guò)傳輸設(shè)備（主要是OHT（天車(chē)）集群系統(tǒng)）達(dá)到tool to tool的高效搬運(yùn)；通過(guò)存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)置緩沖區(qū)，存放待加工的晶圓盒或者光罩盒，提高設(shè)備利用率；通過(guò)凈化設(shè)備對(duì)晶圓盒或者光罩盒沖入特殊氣體，滿足先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步提高良率的需求。

這一系列的設(shè)備都是通過(guò)MCS軟件完成高效的調(diào)度，通過(guò)集群調(diào)度盒數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)制造規(guī)劃、控制和運(yùn)行同步。

目前，隨著半導(dǎo)體晶圓廠、液晶面板廠等工廠的生產(chǎn)智能化、精細(xì)化程度的提高，傳統(tǒng)人力成本的提升，以及他們?cè)诟鱾€(gè)機(jī)臺(tái)間進(jìn)行人力搬運(yùn)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量都達(dá)到了一定的瓶頸，而AMHS系統(tǒng)所具有自動(dòng)化、高效率、高穩(wěn)定性以及智能化等優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越受現(xiàn)代工廠的青睞。

尤其在中國(guó)市場(chǎng)，隨著我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于AMHS系統(tǒng)的需求也大幅增長(zhǎng)。根據(jù)阿譜爾（APO Research）的報(bào)告《2022-2028年全球與中國(guó)半導(dǎo)體加工用AMHS市場(chǎng)：增長(zhǎng)趨勢(shì)、競(jìng)爭(zhēng)格局與前景展望》顯示，中國(guó)（含臺(tái)灣地區(qū)）市場(chǎng)在過(guò)去幾年變化較快，2021年市場(chǎng)規(guī)模為17.19億美元，約占全球的65.03%，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到31.48億美元，屆時(shí)在全球市場(chǎng)中占比將達(dá)到66.05%。

但目前的AMHS市場(chǎng)長(zhǎng)期由日韓企業(yè)所壟斷，目前全球半導(dǎo)體行業(yè)使用的AMHS系統(tǒng)90%以上都來(lái)自日本大福和村田，這兩家公司占據(jù)了高端市場(chǎng)的絕大部分份額，特別是12英寸晶圓廠市場(chǎng)幾乎被他們所壟斷。

而隨著近幾年中美貿(mào)易摩擦的一再加劇，美國(guó)甚至聯(lián)合其盟友一起對(duì)我國(guó)高科技領(lǐng)域進(jìn)行封鎖，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈安全問(wèn)題也越來(lái)越受到重視。近幾年我國(guó)也加大了對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資，并提倡關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化替代，AMHS設(shè)備作為也被卡脖子的半導(dǎo)體設(shè)備之一，近幾年的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程也在不斷加快，同時(shí)也涌現(xiàn)出了一些可以初步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代的公司，彌費(fèi)科技就是其中最具代表的公司之一。

打造四大“護(hù)城河”技術(shù)

成立于2014年的彌費(fèi)科技最初主要為海外設(shè)備公司提供技術(shù)服務(wù)，而后在2018年開(kāi)始自主研發(fā)AMHS系統(tǒng)，在短短六年的時(shí)間內(nèi)，就取得了不俗的成績(jī)，彌費(fèi)科技首席技術(shù)官李宏偉表示：“這主要源于我們的四大“護(hù)城河”技術(shù)。

第一是正向設(shè)計(jì)研發(fā)體系，通過(guò)基于IPD的全價(jià)值鏈多代樣機(jī)正向設(shè)計(jì)體系。這種設(shè)計(jì)體系注重產(chǎn)品的整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)，再到樣機(jī)的制造和測(cè)試，每一步都是基于上一步的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。這種設(shè)計(jì)體系的優(yōu)勢(shì)在于能夠更好地控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和返工，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。并且完全自研可控，滿足順應(yīng)市場(chǎng)趨勢(shì)不斷優(yōu)化迭代的需求。”

第二個(gè)“護(hù)城河”是創(chuàng)新專(zhuān)利體系。在AMHS設(shè)備領(lǐng)域，日韓廠商因?yàn)槠鸩捷^早，占據(jù)了先機(jī)，所以對(duì)于后來(lái)者可能需要有一些專(zhuān)利壁壘需要跨越。李宏偉表示：“我們對(duì)于專(zhuān)利的積累從一開(kāi)始就下了很大的決心，從2018年開(kāi)始研發(fā)的第一天起，就開(kāi)始進(jìn)行專(zhuān)利的申請(qǐng)。我們非常重視在這一塊的布局，不僅是在國(guó)內(nèi)，我們?cè)趪?guó)外也進(jìn)行了積極的布局，如新加坡、馬來(lái)西亞、中國(guó)臺(tái)灣以及歐洲等。目前，通過(guò)短短五年的積累，我們的專(zhuān)利數(shù)量已經(jīng)接近240個(gè)，其中55%都獲得了授權(quán)，而且60%為發(fā)明專(zhuān)利，20%左右為海外專(zhuān)利。現(xiàn)在我們每年都會(huì)保持大約50-60個(gè)的專(zhuān)利申請(qǐng)量?！?/p>

“另外，我們也將專(zhuān)利的檢索、分析、規(guī)避以及審查都融入到我們新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程中，我們的專(zhuān)利部門(mén)會(huì)跟產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，從產(chǎn)品研發(fā)階段就規(guī)避可能產(chǎn)生的專(zhuān)利問(wèn)題?！崩詈陚パa(bǔ)充到。

第三是基于先進(jìn)的數(shù)據(jù)和算法，開(kāi)發(fā)智能化決策支持系統(tǒng)，為晶圓制造廠提供實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的決策支持。該系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中的各種異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，預(yù)測(cè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，并提出解決方案，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

第四是開(kāi)發(fā)全自研控制平臺(tái)，不僅實(shí)現(xiàn)了集成化統(tǒng)一嵌入式板卡控制，還通過(guò)更強(qiáng)大的計(jì)算和處理能力，能夠執(zhí)行復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。大幅提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)降低故障率，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

國(guó)產(chǎn)化突破難點(diǎn)在哪？

在國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代的趨勢(shì)下，AMHS是具有替代潛力，也是增長(zhǎng)潛力巨大的市場(chǎng)之一，根據(jù)阿譜爾（APO Research）的上述報(bào)告分析，AMHS是晶圓廠最大的單筆投資之一，約占固定投資的3%。一條8英寸產(chǎn)線AMHS投資約1000萬(wàn)美元，12英寸產(chǎn)線投資高達(dá)3000萬(wàn)美元。

無(wú)疑，這一塊市場(chǎng)蛋糕是誘人的，所以近幾年進(jìn)入這一領(lǐng)域的企業(yè)也越來(lái)越多，雖然完成了一些系統(tǒng)和零部件的國(guó)產(chǎn)替換，但同質(zhì)化問(wèn)題依然嚴(yán)重，即“內(nèi)卷”激烈。

那目前在AMHS設(shè)備領(lǐng)域還有哪些系統(tǒng)還沒(méi)有完成國(guó)產(chǎn)化替代，需要突破呢？李宏偉表示：“首先，由于整個(gè)AMHS系統(tǒng)直接影響晶圓廠的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，晶圓制造廠只有達(dá)到了規(guī)?；a(chǎn)和365天，每天24小時(shí)不間斷的精度要求，晶圓制造廠才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。因此，晶圓制造廠對(duì)AMHS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有著極高的要求，客戶的信任和準(zhǔn)入是非常高的門(mén)檻。

其次，大集群搬運(yùn)的可靠性和效率實(shí)戰(zhàn)。AMHS系統(tǒng)需要保證眾多搬運(yùn)機(jī)器人或設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，任何一個(gè)設(shè)備的故障或異常都可能導(dǎo)致整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程的延誤甚至失敗。因此，系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的故障檢測(cè)與處理能力，確保整個(gè)集群的穩(wěn)定運(yùn)行。大集群搬運(yùn)的可靠性和效率實(shí)戰(zhàn)是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，需要我們?cè)诩夹g(shù)上進(jìn)行一系列的優(yōu)化和創(chuàng)新。

再次，面對(duì)國(guó)際廠商先發(fā)優(yōu)勢(shì)的專(zhuān)利布局和封鎖，我國(guó)企業(yè)需要繼續(xù)加大創(chuàng)新力度，突破關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)要在專(zhuān)利布局方面做好戰(zhàn)略規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”乃至“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。

李宏偉表示：“幸運(yùn)的是，近幾年，國(guó)家在政策上支持國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)的一些領(lǐng)先晶圓廠也都開(kāi)始選擇使用一些國(guó)產(chǎn)化的設(shè)備，這是一個(gè)很好的發(fā)展契機(jī)?！?/p>

定制化方案，滿足不同產(chǎn)線需求

不同的工廠它們對(duì)于AMHS設(shè)備的需求也不同，即使是12寸晶圓廠和8寸晶圓廠，也不盡相同。李宏偉表示：“雖然工作原理是相同的，但他們的軌道架構(gòu)不太一樣，8寸晶圓廠的架構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，特別是岔路的數(shù)量和類(lèi)型，整體的搬運(yùn)效率比較低。而12寸晶圓廠軌道布局非常復(fù)雜，十幾種類(lèi)型的岔路和彎軌，還有高低軌道搭配，并配置了升降機(jī)，對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜程度提升很高的難度；另一個(gè)區(qū)別在于運(yùn)輸速度上，12寸晶圓廠的產(chǎn)能大幅提高，這對(duì)于搬運(yùn)效率的要求也更高了，這也讓整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度提升，需要配置更多的傳感器、激光雷達(dá)等產(chǎn)品，另外，對(duì)天車(chē)的調(diào)度算法也更加復(fù)雜了。”

彌費(fèi)科技可以針對(duì)不同的工廠以及不同的產(chǎn)線提供定制化的產(chǎn)品。李宏偉表示：“現(xiàn)在大部分的工廠都要求分階段建設(shè)，所以我們需要給到客戶一個(gè)全局的規(guī)劃的同時(shí)，還要滿足他們不同發(fā)展階段的更新要求，實(shí)時(shí)調(diào)整合作方案，也及時(shí)解決他們一些訴求和問(wèn)題，這是一個(gè)長(zhǎng)期的服務(wù)客戶的過(guò)程?！?/p>

近期，彌費(fèi)科技已在兩家12寸晶圓廠完成AMHS系統(tǒng)的驗(yàn)收，成為了國(guó)內(nèi)首家在晶圓廠領(lǐng)域打破海外長(zhǎng)期壟斷的國(guó)產(chǎn)AMHS供應(yīng)商。

寫(xiě)在最后

毫無(wú)疑問(wèn)，AMHS將是一個(gè)具有增長(zhǎng)潛力的市場(chǎng)，且國(guó)產(chǎn)替代在未來(lái)幾年也會(huì)加速。李宏偉認(rèn)為，這一替代過(guò)程會(huì)在未來(lái)三年之內(nèi)完成。另外，人工智能也會(huì)在這一領(lǐng)域掀起第二波技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，而這一競(jìng)爭(zhēng)還是需要基于過(guò)去所積累的足夠的數(shù)據(jù)量，才能盡可能地進(jìn)行完善的訓(xùn)練，以提供真正智能化的產(chǎn)品和技術(shù)。

對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)替代化只是第一步，后續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)才是真正的主場(chǎng)。而彌費(fèi)科技的雄心壯志不止于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，李宏偉表示：“我們的目標(biāo)是在2026年成為全球第三的AMHS系統(tǒng)提供商，能夠與國(guó)際領(lǐng)先廠商同臺(tái)競(jìng)技?！?/p>