晶片制造，良率和效率是關鍵。自動物料搬運系統AMHS（Automated Material Handling System）就是在該需求中應運而生的。
AMHS已成為12英寸晶圓廠标配
在晶圓廠中，AMHS負責整個晶圓生産過程中的物料自動搬送工作，通常包含傳送裝置、儲存設備以及排程系統。從具體方案的角度來看，目前晶圓廠主要在用的AMHS方案有三種：空中行走式無人搬送車（OHT天車）、潔淨存儲系統（STK）方案和移動機器人（AGV）地面方案。 事實上，在早期的晶圓廠，工程師們都是采用人工搬運或半自動化的方式來進行物料的統籌，但到了8英寸時代，晶圓廠開始逐漸導入AMHS的AGV地面方案和OHT天車方案。今天，在12英寸晶圓廠，AMHS天車方案已經成為行業标配。 為何12英寸比8英寸更需要AMHS？這是因為晶圓尺寸越大，相應晶圓廠的建造面積會随之擴大，對于12寸Fab來說，單個存滿wafer的FOUP重量已達8-15公斤，體積為8寸晶圓盒的2倍，通過人工搬送已經不能彌補物料傳送環節的不流暢和穩定性問題，是以全自動化在當今的晶圓廠是必需品。
圖 | 彌費科技創始人兼CEO缪峰正在介紹AMHS産業現狀，與非網攝制
根據彌費科技創始人兼CEO缪峰的介紹，一般一座12寸40nm 40000片月産能的晶圓廠通常包含約200台天車構成的天車傳送系統、約25-30台大型儲存設備和10000台以上的空中緩存單元，以及其他各種形式的傳輸、存儲 、淨化裝置。 據悉，在台積電的工廠裡，就有1800台全球最先進的天車在運轉。
AMHS市場穩定增長，多年來一直被村田和大福壟斷
如今，AMHS可實作半導體晶圓廠生産線間物料的無塵自動搬運，減少搬運過程的振動，滿足半導體的精密化生産需求，提升半導體的生産效率，已經成為晶圓廠的必備核心裝備。 放眼半導體前道制造，我們來看一下AMHS在其中的占比情況。根據Gartner 2021年的資料顯示，生産自動化與控制類裝置在晶圓前端裝置占比為4.1%，而AMHS占此類近7成，即AMHS在整個半導體前道裝置市場中占比約3%。
圖 | AMHS系統運作展示，圖源：彌費科技公衆号
聚焦于AMHS市場，根據市場側統計，目前在半導體領域，全球AMHS市場規模在36億美金 (~265億人民币) 左右，年複增長率為16%左右，多年來全球市場基本被日本村田機械和日本大福所壟斷，市占率達95%以上。 面向中國市場，12英寸晶圓廠成為半導體轉型更新的熱點，根據12英寸晶圓廠采購一套完整的AMHS系統(包括軟體+硬體)約占晶圓廠裝置投資總額的3%，可以預計，未來4年内，國内晶圓廠AMHS系統平均的市場需求約為52億元/年。 除了12英寸增量市場外，還有8英寸存量市場的更新疊代，目前8英寸晶圓廠急需自動化系統更新以提升效率。根據2022-2025年大陸地區已公布的晶圖廠投資擴産計劃，4年間晶圓廠(8英寸和12英寸)的平均裝置投入資金約為1732億/年。
AMHS國産化率5%，彌費科技貢獻90%
半導體晶片制造流程複雜，生産工序達上千道，晶圓制作過程技術要求較高，是以AMHS是一套複雜的自動化搬運系統。同時AMHS在整個前道制造裝置投入上的占比又沒那麼大，是以晶圓廠在選擇AMHS系統供應商時異常謹慎，大大擡高了國産廠商的進入壁壘，這也是為什麼這麼多年來一直被日本村田機械和日本大福所壟斷的原因所在。 但受到國際上逆全球化大環境的影響，中國亟需建立完整的半導體供應鍊體系，實作産業自給自足，為此近年來國内廠商也開始逐漸突破，導入晶圓制造環節，通過demo、小規模試驗，不斷積累場景經驗，包括彌費科技、新施諾、成川科技、尊芯智能、芯奕華、華芯裝備、芯運智能、派迅智能等。 目前，AMHS的國産化率在5%左右。值得一提的是，在這批AMHS國産化大軍中，我們看到彌費科技的國産替代市占率超過了90%，已經累計服務超過30家晶圓廠，并已成功打入全球前五大晶圓廠中的4家，成為中國半導體晶圓廠AMHS細分賽道的領跑者。
AMHS方案國産化，正在帶動整個供應鍊國産化
縱觀彌費科技的成長，2014年成立之初還是一家聚焦技術服務的公司，真正啟動AMHS研發是2018年才開始的，當時在蘇州工業園區的倉庫中劃分了一個區域拿出來做移動機器人的研發，後來又開始做淨化裝置、儲存設備，在不斷傳遞新品的過程中茁壯成長。
圖 | 彌費科技臨港生産基地暨全球研發中心啟用儀式及媒體開放日現場，與非網攝制
缪峰在彌費科技臨港生産基地暨全球研發中心啟用儀式及媒體開放日上表示：“彌費科技的每一款産品，從研發到真正量産大概需要3年的時間，是以過去我們以平均每年4款新品的速度推向市場，累計至今已經傳遞給客戶三十幾款半導體裝置，這展現了我們的市場競争力。今天，全新的臨港生産基地暨全球研發中心的啟用，占地約8000㎡，并建構了以天車為核心的潔淨室AMHS整體解決方案2000㎡标準化示範線，這标志着彌費科技邁向了一個嶄新的階段。” 這裡要強調一點，從仿真到驗證，在到最後的實施傳遞，彌費科技采取的是正向研發的思路，而非逆向工程。
圖 | 彌費科技CTO李宏偉博士正在介紹公司研發戰略，與非網攝制
對此，彌費科技CTO李宏偉博士表示：“彌費科技的目标是，到2026年能夠成為半導體領域全球前三的AMHS系統及供應商。目前我們已經推出了以天車核心傳輸裝置、協作式機器人、晶圓儲存設備、光罩儲存設備、緩沖儲存設備、上下料口淨化裝置等三十餘種AMHS裝置和軟體排程系統為代表的産品，并已完成了從AMHS産品供應商向AMHS系統級供應商的演進。我們的研發體系采取的是四代戰略，即研發一代、儲備一代、開發一代、部署一代，來滿足高速發展的行業需求。” 面對與國際兩大廠商的差距，李宏偉坦誠地說：“首先，他們積累了豐富的實戰經驗，是以在資料量和算法魯棒性方面具備優勢；其次，這兩家廠商的産品平均搬運效率較高，國内廠商仍需努力迎頭趕上。” 筆者注意到，就在2023年三季度，彌費科技的AMHS系統級解決方案已經通過驗證并順利傳遞芯粵能半導體。在2023北京微電子國際研讨會暨IC WORLD大會上，缪峰曾透露：“2023年第四季度，彌費科技将進一步實作8英寸和12英寸半導體晶圓廠AMHS的整廠量産傳遞，這意味着海外寡頭在過去20～30年對半導體AMHS這一細分賽道上壟斷局面将被徹底打破。” 除了AMHS産業本身的演進外，我們還看到，這些系統級方案國産化的同時，也在帶動整個供應鍊實作國産化，包括主要、非接觸式供電系統、通信網絡等。
寫在最後
面向未來，在彌費科技的眼中，晶圓廠的下一個創新點是工廠的全面數字化，實作工藝的可預測、可監控、可優化和可調整。而在這浪潮之中，彌費科技作為國産力量在不斷深耕本土市場的同時，也将加大出海計劃的布局和投入，包括在馬來西亞建立一個組裝廠，來滿足東南亞片區客戶的需求。