洁净物流系统关键技术与市场发展概述.docx

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1、洁净物流系统关键技术与市场发展概述随着中国半导体产业的快速发展，洁净物流系统市场需求大幅增长。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(AutomaticMateria1.Hand1.ingSystem,简称AMHS),以其自动化、高效率、高稳定性、智能化等优势，得到越来越广泛的应用。长期以来，洁净物流系统市场主要由日韩企业垄

2、断。随着中美贸易摩擦加剧，产业链供应链安全性越来越受到重视，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，AVHS系统作为半导体设备的一部分，国产化发展也在提速。一、系统构成与关键设备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。特别是在12英寸(宜径约30OnIm)晶圆厂，跨区域不同机台之间的搬运更为复杂，AMHS系统作为贯穿整厂的“物流大动脉”，已逐渐成为“标配”。1.硬件设备硬件主要分为：搬运设备，包括OHT、AGV/AMR.1.iftCr等；存储设备，如StoC

3、ker。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)、SMIFPod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，可以提高储存密度，减少占用面积，缩短出库时间，提高传送效率。根据实际需要，SIoCker可以通过不同的设置，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。 空中走行式无人搬送车OHTOUT(OverheadHoistTransport)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

4、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备的装卸口搬送FO1.IP,能够有效利用空间，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。 空中走行式穿梭车OHSOHS(OvcrHeadShutt1.e)是一种自动高架运输系统,穿梭车在高架凯道上行驶至运输载体。因为它主要用于在分配的存储设施之间运输载体，也被称为“跨湾运输系统”。轨道式导引机器人RGVRGV乂称轨道穿梭小车,沿轨道将CaSSCt1.e在工艺设备、S1.oCker和BUffer之间进行传输。 移动机器人AGVAGV是带有SCARA机械臂的FI动化

5、运输系统，可以“宜接”访问储料器和加工设备，灵活地将载体运送到加工设备。 1.ifter（升降机），连接于天花板，用于长距离运送FOUP（I HT（高速塔），安装在半导体工厂有层间或段差区域，上下运送FOUPo Conveyor（传送机）.用于FO1.P及卡匣搬送的设备，可当Buffcr装载物品DiVerter（转向器），可以改变搬运设备的方向。2.软件控制软件是AMHS系统的核心,包括:物料控制系统MCS（Materia1.Contro1.System）,以及设备控制系统1.CS（包括OHTC、STKC.AGVC等）。VCS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

6、控制系统进行统合控制和调度，再由各个设备的控制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H动化运行。二、技术难点与发展趋势洁净物流系统的发展，源于半导体技术的不断进步，也助力半导体行业提质增效。早期的6英寸晶圆J.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EQto四部分跨区直运、第三代全厂EQtoEQAMHS系统，再到第四代AMHS,即StOCker+0HT+ZFS的组合。第四代AMHS系统主要采用架设在空中的输送系统自动搬运物料，输送速度非常快（23ms）,也不占用地面空间，

7、目前已广泛应用于晶圆制造、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AVHS系统的安全性与稔定性。这是因为AMHS系统是与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，一旦出现故障将会影响整体产线的运营，会造成巨额损失，所以对整个系统的精准控制、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。1 .系统规划建设要点与难点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主要体现在三个方面：高稳定性与可靠性，少产尘与少振动，高效率。这些要求与半导体生产特点紧密相关。半导体工艺涉

8、及一系列熨杂的步骤，这个过程通常分为前道和后道。半导体生产高度H动化，要求AvHS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性要求常高，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提升。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，

9、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IayoUt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系统设计时，我们需要结合客户的产线特性提供定制化方案，包括整个IayoUt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技术和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，在每次遇到问题并解决问题后，才能持续提升系统稳定性。未

10、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，不断优化系统。2 .技术发展趋势技术的不断创新伴随着行业持续发展的脚步。随着半导体工艺的不断进步，AMHS系统也需要不断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（口径分别约为150mm、200mm,300mm）,工厂规模也不断扩大，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F1.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

11、规模的扩大和工艺的微细化，自动搬运系统的规模也在不断扩大，如，OHT（大福称为C1.eanway）凯道总长度可达200多公里，运行小车超过100oO辆。为了解决搬运小车可能造成运行拥堵的问题，大福引入了人工智能（AI）来提前预测拥堵情况，搜索最佳路线，提高搬运效率。二是为了进一步提高半导体的生产效率，后道工序的重要性不断提升，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。为了尽量减少后道工序中不必要的浪班，使用更类似于最终产品的方形包装备受关注。大福开发了适用于面板级封装（P1.P）的晶圆盒（FOUP）搬运系统，该系统能够处理60

12、0亳米的方形基板，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A1.技术的应用，为了支持数百台上下台天车的同时运行，已将A1.技术融入控制系统和调度算法，实现动态路在模拟，以避免天车发生交通堵塞，并确保物料运输的最优路径选择，提高系统运行效率。三、洁净物流系统市场发展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，也受到地缘政治、国家政策等方面的影响。1 .全球市场规模根据阿谱尔(APoResearch)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

13、8英寸产线AMHS投资约1000万美元，12英寸产线投资高达3000万美元。I*JJ1.UV17wn292,GR(M7221.)GR(222021)话”存储嬴除SIK6MJSWMISI5.75St2%tW中中走打人无人运军O1.n46253(MS1.1.1620474IS93空中fcog+oHs3*191574MOJI6ISS8.43，“号式“力帆人RGVW1.Sm-Si602954WS7.sWAAOV992SMQ341”7.3A计工099562.905S64.76637s.mso敦梃来源：尔(APORsearch)的报令(2022-2028年全埠与中国半导体加工用AMHS市场：增长纥等，支格

14、局与忖景展望)表1全球不同产品类型半导体加工用AMHS销售额增长趋势2017VS2022VS2028(百万美元)据该报告的统冲及预测，2021年全球半导体加工用AvHS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(含介湾地区)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%Htt4(2O22-2O28*fc4*MfXIIAIM5*;总长纥tU*Wf*)表2全球不同产品类型半导体加

15、工用AMHS市场份额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%。从市场应用来看，8英寸晶圆厂在2021年所占市场份额大约是26.25%,未来几年CAGR大约为7.44%；12英寸晶圆厂在2021年份额大约是45.42%,未来几年CAGR大约为9.83%。展望未来，近几年AMHS系统价格缓慢下行的趋势将保持。从生产供应端来看，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。中国企业数量达到20多家，但大部分都刚刚起步，技术、客户、经验等各个方面都有待提升。2 .影响市场与行业发展的主要因素首先，从行业发展与投资规模来看，以半导体行业为例，从全球视角来看，市场总规模将持续扩大，新建晶圆厂也将持续增加。一方面，世界各地的半导体制造商都在增加生产基地以提高产能；另一方面，主要半导体制造商也通过整合工厂来推动大规模生产。这都会促进洁净物流系统需求进一步上升。其次，应用领域不断扩大。目前