芯片戰(zhàn)場丨半導(dǎo)體設(shè)備與制造工藝如何智能化進(jìn)階？

21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者倪雨晴 無錫、深圳報(bào)道

“過去一年我們經(jīng)歷了周期調(diào)整，2023年大多數(shù)半導(dǎo)體公司還是比較煎熬。由于半導(dǎo)體行業(yè)的需求疲軟，半導(dǎo)體設(shè)備市場2023年預(yù)計(jì)下降。不過近期有好轉(zhuǎn)的趨勢，在2024年可能會(huì)迎來新的增長，晶圓廠也會(huì)迎來比較大的復(fù)蘇。”

近日，江蘇芯夢半導(dǎo)體設(shè)備有限公司CEO寥周芳在第十一屆半導(dǎo)體設(shè)備年會(huì)的分論壇之一——制造工藝與半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)發(fā)展論壇上談到行業(yè)現(xiàn)狀。

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面對周期波動(dòng)和外部環(huán)境變化，半導(dǎo)體設(shè)備廠商和產(chǎn)業(yè)鏈上的制造企業(yè)正在強(qiáng)化內(nèi)功、構(gòu)筑壁壘，來應(yīng)對調(diào)整。其中，智能化、數(shù)字化成為關(guān)鍵詞，半導(dǎo)體作為先進(jìn)制造的代表，正在探索數(shù)智化如何為產(chǎn)業(yè)降本增效。而制造和設(shè)備是產(chǎn)業(yè)鏈上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從自動(dòng)化到數(shù)智化的進(jìn)階也是重要課題。

從裝備智能化到生產(chǎn)智能化

此次論壇上，北京寄云鼎城科技有限公司COO柯晗說道：“中國已經(jīng)連續(xù)13年位居全球制造業(yè)的首位，但是在一些高端制造領(lǐng)域，比如半導(dǎo)體材料、零部件，包括核心裝備等，還存在大量卡脖子的環(huán)節(jié)。制造業(yè)如何向先進(jìn)制造發(fā)展是一個(gè)關(guān)鍵問題，在全球第四次工業(yè)革命的背景下，我們認(rèn)為，制造業(yè)從信息化向智能化的發(fā)展是必經(jīng)之路。”

一方面是裝備需要智能化。柯晗表示，先進(jìn)制造需要具備精準(zhǔn)性、實(shí)時(shí)性、靈活性、可預(yù)測性，在可預(yù)測的基礎(chǔ)上，需要產(chǎn)線本身具備自我調(diào)節(jié)和自我優(yōu)化、自我學(xué)習(xí)的能力。這些特點(diǎn)對裝備提出了更高的要求，裝備需要在接收到生產(chǎn)指令以后，可以快速響應(yīng)、準(zhǔn)確控制、保證穩(wěn)定和連續(xù)運(yùn)行。

他進(jìn)一步分析道：“和其他傳統(tǒng)制造業(yè)相比，我們認(rèn)為半導(dǎo)體行業(yè)裝備更重要。比如很多裝備復(fù)雜度非常高，以PVD（物理氣相沉積）為例，可能會(huì)涉及十幾門學(xué)科，幾十個(gè)模塊，幾萬個(gè)零部件，幾萬行的代碼，半導(dǎo)體裝備是一個(gè)高度復(fù)雜的集成自動(dòng)化系統(tǒng)。因此半導(dǎo)體行業(yè)裝備智能化是生產(chǎn)智能化的基礎(chǔ)。”

隨著傳感器和量測技術(shù)的發(fā)展，包括人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的新技術(shù)應(yīng)用，柯晗認(rèn)為裝備會(huì)朝著自感知、自維護(hù)和自適應(yīng)的方向發(fā)展。而裝備智能化需要具備四個(gè)核心的能力，分別是數(shù)字孿生、預(yù)測性維護(hù)、智能控制和開放集成。

在裝備智能化的基礎(chǔ)之上，生產(chǎn)過程中也需要通過對數(shù)據(jù)價(jià)值的利用和挖掘，來提升生產(chǎn)本身的智能化。柯晗表示：“生產(chǎn)智能化的能力主要是包括四個(gè)方面，即體系化的數(shù)據(jù)治理、穩(wěn)定性的控制、缺陷的檢測，還有實(shí)時(shí)透明的生產(chǎn)管控。”

與此同時(shí)，先進(jìn)半導(dǎo)體廠房建設(shè)也至關(guān)重要。中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司設(shè)計(jì)總院常務(wù)副院長陸晶談道：“潔凈廠房是工業(yè)建筑的皇冠，有十幾個(gè)大系統(tǒng)，下面還有很多小系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有很多精密的要求，因此半導(dǎo)體廠的運(yùn)維和設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的問題。”

而廠房往往投資巨大，精度要求也很高，如何在資金回報(bào)率和效率、能耗之間做好平衡并非易事。陸晶進(jìn)一步表示：“隨著半導(dǎo)體設(shè)備、裝備的發(fā)展，其實(shí)很多時(shí)候是裝備來引領(lǐng)廠房的建設(shè)，包括工藝的思路。”

自動(dòng)化和數(shù)字化的進(jìn)階

半導(dǎo)體全自動(dòng)化生產(chǎn)線構(gòu)筑解決方案也是論壇的一個(gè)焦點(diǎn)議題，半導(dǎo)體產(chǎn)線工序各有特點(diǎn)，物料運(yùn)輸方面的自動(dòng)化也是重要組成部分。

成川科技（蘇州）有限公司副總經(jīng)理肖永剛表示：“半導(dǎo)體的自動(dòng)化，或者說AMHS系統(tǒng)（自動(dòng)物料搬送系統(tǒng)）和其他行業(yè)的自動(dòng)化模式并不通用。自動(dòng)化不是選最貴的就是最好，最合適才是最好，要根據(jù)不同的設(shè)備特點(diǎn)來判定。比如天車是在空中運(yùn)行，速度非常快，可以達(dá)到每秒3到4米，甚至5米，搬運(yùn)頻率非常高，空中運(yùn)行則安全性非常好，不和人、物流進(jìn)行交互。所以天車非常適合在半導(dǎo)體產(chǎn)線做自動(dòng)化的設(shè)備，適用于晶圓端、硅片制作、先進(jìn)封裝等大部分場景。”

他進(jìn)一步介紹道：“AGV是在地面運(yùn)輸，是低速的點(diǎn)對點(diǎn)搬運(yùn)，靠電池充電，搬運(yùn)頻率比較低，可以和不同形態(tài)的載具，不同形態(tài)的設(shè)備配合取放料。但是局限是大搬運(yùn)量不行，所以AGV適合一些特殊載具和小批量的搬運(yùn)。我們根據(jù)這些不同設(shè)備的區(qū)別，根據(jù)產(chǎn)線的特點(diǎn)可以選擇適用的設(shè)備，這樣才能選出最合適的自動(dòng)化方案和設(shè)備。”

自動(dòng)化產(chǎn)線之外，軟硬件結(jié)合的數(shù)字化解決方案也在智能制造中扮演重要角色。

廣州智造家網(wǎng)絡(luò)科技有限公司首席營銷官劉曉亮表示，半導(dǎo)體也是一個(gè)設(shè)備類的集群性的行業(yè)，有大量的非標(biāo)制造設(shè)備，“現(xiàn)在一個(gè)大趨勢是，一些五百強(qiáng)的企業(yè)，包括大量的中國高速成長的非標(biāo)制造企業(yè)，一直在解耦ERP。我們發(fā)現(xiàn)很多客戶用了ERP產(chǎn)品，但這個(gè)產(chǎn)品并沒有解決智能制造的協(xié)同問題。”

企業(yè)更需要的是平臺(tái)級的能力賦能，企業(yè)想要構(gòu)建一個(gè)大的核心管理能力來幫助提升業(yè)務(wù)效率和質(zhì)量。

“我們的數(shù)字化解決方案，帶來的核心價(jià)值一定是基于業(yè)務(wù)某一個(gè)比例或者指標(biāo)的提升，我們在很多半導(dǎo)體的設(shè)備上有明確實(shí)踐。給客戶在它的生產(chǎn)周期、交付周期，包括裝配調(diào)試的周期、委外周期上做管控，做降本增效。智造家可以做這些，不是因?yàn)槲覀兪且患臆浖荆覀儾皇且粋€(gè)純軟件公司，我們大量是建構(gòu)一些非標(biāo)體系，從技術(shù)方案到整個(gè)的控制系統(tǒng)、設(shè)備、工藝和數(shù)字化，是一個(gè)工程。”劉曉亮說道。

眼下，國內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在不斷升級，制造工藝與半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈如何聯(lián)動(dòng)發(fā)展、如何協(xié)同數(shù)智化將繼續(xù)演進(jìn)。

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