洁净物流系统关键技术与市场发展概述

  大福：依托领先技术发展洁净物流系统事业——访大福自动搬送设备（苏州）有限公司董事长鹿取功史（本刊记者 江宏）

  苏州新施诺：顺时聚势，成为全世界领先的AMHS解决方案提供商——访苏州新施诺半导体设备有限公司总经理王宏玉（本刊记者 江宏）

  合肥欣奕华：持续创新，推动洁净物流系统国产化——访合肥欣奕华智能机器股份有限公司CEO张海涛（本刊记者 王玉）

  成川科技：专注技术和产品，助力国内半导体物流搬运系统发展——访成川科技（苏州）有限公司创始人、总经理顾晓勇（本刊记者 赵皎云）

  格创东智：发力AMHS系统，构建半导体智能工厂软硬一体解决方案——访格创东智科技有限公司智能物流装备业务总经理任经纬（本刊记者 赵皎云 江宏）

  随着中国半导体产业的加快速度进行发展，洁净物流系统市场需求大幅度增长。自动物料搬运系统（AMHS）的国产化进程在加速。

  全球数字化进程的加速，带来芯片需求量持续攀升，这使得半导体行业的重要性日益凸显。作为制造业中的尖端领域，半导体行业在生产设备的精度和速度、工艺复杂性以及工厂智能化管理等方面展现出其先进性。随着半导体生产技术的提升与生产规模的扩大，在洁净环境中使用的自动物料搬运系统（Automatic Material Handling System，简称AMHS），以其自动化、高效率、高稳定性、智能化等优势，得到愈来愈普遍的应用。

  长期以来，洁净物流系统市场主要由日韩企业垄断。随着中美贸易摩擦加剧，产业链供应链安全性慢慢的受到重视，近年来中国加大半导体产业投资，并提倡关键设备的国产替代，AMHS系统作为半导体设备的一部分，国产化发展也在提速。

  AMHS系统由多种硬件设备（存储单元+搬运单元）和控制软件组成，可以大幅度减少在制品的等待时间，缩短晶圆产品的生产周期，是提高半导体制造良率和设备利用率的重要支撑。尤其是在12英寸（直径约300mm）晶圆厂，跨区域不同机台之间的搬运更复杂，AMHS系统作为贯穿整厂的“物流大动脉”，已慢慢的变成为“标配”。

  硬件大致上可以分为：搬运设备，包括OHT、AGV/AMR、Lifter等；存储设备，如Stocker。

  · 洁净存储库Stoker（STK），作为半导体产线上的中转与缓存机构，用于对FOUP（前开式晶圆传送盒）、SMIF Pod等多种规格的晶圆载具进行自动存储、提取与搬运，以实现晶圆在不同工艺之间的流转，具备多层存放空间，能大大的提升储存密度，减少占用面积，缩短出库时间，提高传送效率。结合实际需要，Stocker能够最终靠不同的设置，与OHT系统、AGV等协调操作，或者便于操作人员手动存取所需物料。

  OHT（Overhead Hoist Transport）也称为“天车”，是AMHS最关键设备之一。OHT安装在天花板下方，在空中轨道上行走，将传输物在需要长距离和大量传输的区域进行搬运；通过皮带驱动的起重机构，OHT可以“直接”进入存储设备或加工设施的装卸口搬送FOUP，可以有明显效果地利用空间，提高生产效率。OHT系统是12寸晶圆厂的主要产线输送系统，用于工艺区域的内部运输，以及工艺区域或工厂间的运输。

  OHS（Over Head Shuttle）是一种自动高架运输系统，穿梭车在高架轨道上行驶至运输载体。因为它大多数都用在在分配的存储设施之间运输载体，也被称为“跨湾运输系统”。

  RGV又称轨道穿梭小车，沿轨道将Cassette在工艺设备、Stocker和Buffer之间进行传输。

  AGV是带有SCARA 机械臂的自动化运输系统，可以“直接”访问储料器和加工设施，灵活地将载体运送到加工设备。

  · HT(高速塔)，安装在半导体工厂有层间或段差区域，上下运送FOUP。

  · Conveyor(传送机)，用于FOUP及卡匣搬送的设备，可当Buffer装载物品Diverter(转向器)，能改变搬运设备的方向。

  MCS系统从MES接收搬运命令，寻找搬运设备间的最佳路径，对不同的搬运设备控制管理系统进行统合控制和调度，再由各个设备的控制管理系统分别调度该设备作业。MCS通过实时监控搬运情况，实现AMHS系统的自动化运行。

  洁净物流系统的发展，源于半导体技术的慢慢的提升，也助力半导体行业提质增效。

  早期的6英寸晶圆厂并未使用自动化技术，采用人工搬运方式即可。随着8英寸晶圆厂的兴起，AMHS系统开始得到蓬勃发展，先后经历了第一代机组空运系统、第二代EQ to EQ部分跨区直运、第三代全厂EQ to EQ AMHS系统，再到第四代AMHS，即Stocker+OHT+ZFS的组合。第四代AMHS系统主要是采用架设在空中的输送系统自动搬运物料，输送速度很快（≥3m/s），也不占用地面空间，目前已大范围的应用于晶圆制造、芯片封测等半导体生产环节，助力企业提高生产效率。

  总体来看，相对于技术先进性，半导体企业更看重的是AMHS系统的安全性与稳定性。这是因为AMHS系统是和半导体工艺紧密相连的生产辅助系统，对生产带来的影响不是一个点而是一个面，如果出现故障将会影响整体产线的运营，会造成巨额损失，所以对总系统的精准控制、可靠性与安全性的要求极高。这无形中抬高了进入该领域的技术门槛。

  苏州新施诺半导体设备有限公司总经理王宏玉认为，洁净物流系统规划建设要点与难点大多数表现在三个方面：高稳定性与可靠性，少产尘与少振动，高效率。这些要求和半导体生产特点紧密相关。

  半导体工艺涉及一系列复杂的步骤，这样的一个过程通常分为前道和后道。半导体生产高度自动化，要求AMHS系统能够每天 24 小时、全年 365 天不停线，持续稳定可靠运行。半导体生产在高洁净度环境中进行，对空气中的灰尘和颗粒物数量有极为严格的要求，物流设备要做到在运行中不产生或者少产生污染物；由于晶圆容易破损且价值极高，因此半导体企业最注重货物状态的稳定性，对物流设备的控制精度和稳定能力要求非常高，如，天车要精准地运行与抓取物料，在上升和下降过程中振动小，以避免由于产尘影响了环境而降低生产良率；此外，晶圆厂规模持续扩大，要求AMHS系统的速度与效率不断的提高。由于保持洁净环境的成本非常高，所以半导体企业希望物流设备总体布局紧凑，以节省占地面积，降低运营成本。

  对于国内AMHS企业来说，起步晚，经验积累少，面临着layout布局设计能力、设备性能、软件系统、行业经验等诸多方面的挑战。“在进行AMHS系统模块设计时，我们应该结合客户的产线特性提供定制化方案，包括整个layout布局、硬件设备的选型、搬运量的计算逻辑以及仿真模拟，这些都需要设计人员对AMHS技术与半导体应用场景的深刻理解，并且非常依赖于技术和行业经验的积累。”成川科技（苏州）有限公司创始人、总经理顾晓勇的一席话表达了行业共识。

  王宏玉认为，AMHS企业的发展太需要技术和经验积累了，只有通过在项目中不断累积经验，在每次遇上问题并处理问题后，才能持续提升系统稳定性。未来新施诺将加强国内外协同研发及供应链整合，从软件到硬件全方位发力，一直在优化系统。

  技术的不停地改进革新伴随着行业持续发展的脚步。随着半导体工艺的慢慢的提升，AMHS系统也要一直进行技术创新和产品升级，以适应新的挑战。晶圆的尺寸不断增大，从6英寸、8英寸到12英寸（直径分别约为150mm、200mm、300mm），工厂规模也逐步扩大，对于AMHS系统提出了更高的要求。

  对于洁净物流系统的技术发展的新趋势，大福自动搬送设备（苏州）有限公司董事长大福鹿取功史认为，大型化与智能化、后道工序的自动化升级需求，以及对矩形晶圆搬运技术的创新，将是推动半导体生产效率提升的关键。据他分析，随着半导体生产规模的扩大和工艺的微细化，自动搬运系统的规模也在逐步扩大，如，OHT（大福称为Cleanway）轨道总长度可达200多公里，运行小车超过10000辆。未解决搬运小车会造成运行拥堵的问题，大福引入了人工智能（AI）来拥堵情况，搜索最佳路线，提高搬运效率。二是为了进一步提升半导体的生产效率，后道工序的重要性不断的提高，其对物流自动化技术的需求在增加。三是应对矩形晶圆的搬运。前道工序在圆形晶圆上制造电路，但最终产品是方形的芯片。为了最好能够降低后道工序中不必要的浪费，使用更类似于最终产品的方形包装非常关注。大福开发了适用于面板级封装 (PLP) 的晶圆盒（FOUP）搬运系统，该系统可处理 600 毫米的方形基板，帮助半导体工厂提高生产效率。

  在采访中，几乎每家企业都表示重视AI技术的应用，为了支持数百台上千台天车的同时运行，已将AI技术融入控制管理系统和调度算法，实现动态路径模拟，以避免天车发生交通堵塞，并保证物料运输的最优路径选择，提高系统运行效率。

  洁净物流系统市场需求与相关行业的发展速度、投资规模、技术进步等息息相关，也受到地理政治学、国家政策等方面的影响。

  根据阿谱尔（APO Research）的报告《2022-2028 年全球与中国半导体加工用AMHS市场：增长趋势、竞争格局与前景展望》分析，AMHS是晶圆厂最大的单笔投资，约占固定投资的3%。一条8英寸产线英寸产线 全球不一样的产品类型半导体加工用AMHS销售额 增长趋势2017 VS2022 VS 2028(百万美元)

  据该报告的统计及预测，2021年全球半导体加工用AMHS市场销售额达到了26.43亿美元，预计2028年将达到47.66亿美元，年复合增长率（CAGR）为8.6%（2022-2028年）。从地区来看，中国（含台湾地区）市场在过去几年变化较快，2021年市场规模为17.19亿美元，约占全球的65.03%，预计2028年将达到31.48亿美元，届时在全球市场中占比将达到66.05%。

  表2 全球不一样的产品类型半导体加工 用AMHS市场占有率2022 &2028

  从产品类型来看，洁净存储库STK的收入最高，2021年为861.27百万美元。OHT销量最高，预计2028年收入份额将达到24.38%。

  从生产供应端来看，日本和韩国是洁净物流系统两个重要的生产地区。目前全球半导体行业使用的AMHS系统90%以上来自日本大福和村田。两家公司占据了高端市场的绝大部分份额，特别是12英寸晶圆厂市场几乎被其垄断。中国公司数达到20多家，但大部分都刚刚起步，技术、客户、经验等每个方面都有待提升。

  其次，应用领域逐步扩大。目前洁净物流系统主要使用在在半导体、显示面板、新能源（电池、光伏）、生物医药等行业，特别是已成为12英寸晶圆厂的 “刚需”。除了新建工厂的增量市场，国内改造型项目的存量市场不容忽视。随只能制造的发展，半导体工厂加快数字化、智能化转变发展方式与经济转型，8英寸与6英寸晶圆厂也需要更高效的智能化物流解决方案；同时，自动化技术应用相对薄弱的封测等领域，也有智能化升级改造的需求。但是，目前过高的应用成本极大限制了洁净物流系统的应用推广，国内供应商若能够在成本方面取得突破将会迎来巨大商机。

  第三，地理政治学与国家政策因素。半导体行业是信息技术产业的重要组成部分，被视为国家战略性产业。由于中美贸易摩擦，美国在2022年出台了《芯片与科学法案》（CHIPS and Science Act），这中间还包括限制获得联邦资金的公司在中国大幅增产先进制程芯片。在此背景下，中国采取了一系列举措来应对可能的风险和不确定性，包括大力推动国内半导体技术的创新，加速半导体产业的国产化趋势等。据悉，中国已成为全世界购买晶圆生产设备的最大市场。国内新建的半导体生产线大多数都设定了国产化的目标。这使包括AMHS系统在内的半导体设备国产替代提上日程，需求非常明确，这也才有后来很多家企业进入AMHS领域，在市场上你追我赶。

  如何应对？一方面，国内企业的产品与技术有待提升与完善，如，国产AMHS厂商提供的地面方案多，而天车方案少，天车等设备的结构设计与尺寸要进一步优化；另一方面，项目经验少，有待积累，这需要客户对国产AMHS厂商有足够的信心，而这种信心来源于每一个项目的成功执行和交付。

  值得欣喜的是，在SEMICON China 2024展会上，国内企业的活力凸显。新施诺、欣奕华、成川科技等国内众多AMHS企业携最新硬件产品与软件控制管理系统精彩亮相，全方位展示了整体解决方案与服务能力。如，新施诺重点展示了在半导体AMHS领域的最新突破——第五代天车产品及技术；合肥欣奕华展出了AMHS成套方案与第四代OHT；成川科技丰富的硬件产品矩阵、千台规模天车的软件控制管理系统和多行业的整体解决方案给人印象深刻。

  成川科技携最新AMHS产品亮相SEMICON China 2024，全方位展示整体解决方案

  在SEMICON China 2024展会上，苏州新施诺展示了在半导体AMHS领域的最新突破——第五代天车产品及技术

  格创东智AMHS业务启动暨产品发布会在SEMICON China 2024展会现场成功举行

  希望顺应天时地利而生的国内AMHS企业，能找到市场突破口，积累起技术能力与项目经验，依托同步成长的本土供应链，逐步建立起自己的竞争优势，最终闯出一片天地。