半導體設備與制造工藝如何智能化進階？

2023-08-18 23:01:19

來源/21tech（News-21）

作者/倪雨晴

編輯/駱一帆

圖源/圖蟲

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產業鏈聯動。

“過去一年我們經歷了周期調整，2023年大多數半導體公司還是比較煎熬。由於半導體行業的需求疲軟，半導體設備市場2023年預計下降。不過近期有好轉的趨勢，在2024年可能會迎來新的增長，晶圓廠也會迎來比較大的復蘇。”

近日，江蘇芯夢半導體設備有限公司CEO寥周芳在第十一屆半導體設備年會的分論壇之一——制造工藝與半導體設備產業鏈聯動發展論壇上談到行業現狀。

面對周期波動和外部環境變化，半導體設備廠商和產業鏈上的制造企業正在強化內功、構築壁壘，來應對調整。其中，智能化、數字化成爲關鍵詞，半導體作爲先進制造的代表，正在探索數智化如何爲產業降本增效。而制造和設備是產業鏈上的關鍵環節，從自動化到數智化的進階也是重要課題。

從裝備智能化到生產智能化

此次論壇上，北京寄雲鼎城科技有限公司COO柯晗說道：“中國已經連續13年位居全球制造業的首位，但是在一些高端制造領域，比如半導體材料、零部件，包括核心裝備等，還存在大量卡脖子的環節。制造業如何向先進制造發展是一個關鍵問題，在全球第四次工業革命的背景下，我們認爲，制造業從信息化向智能化的發展是必經之路。”

一方面是裝備需要智能化。柯晗表示，先進制造需要具備精準性、實時性、靈活性、可預測性，在可預測的基礎上，需要產线本身具備自我調節和自我優化、自我學習的能力。這些特點對裝備提出了更高的要求，裝備需要在接收到生產指令以後，可以快速響應、準確控制、保證穩定和連續運行。

他進一步分析道：“和其他傳統制造業相比，我們認爲半導體行業裝備更重要。比如很多裝備復雜度非常高，以PVD（物理氣相沉積）爲例，可能會涉及十幾門學科，幾十個模塊，幾萬個零部件，幾萬行的代碼，半導體裝備是一個高度復雜的集成自動化系統。因此半導體行業裝備智能化是生產智能化的基礎。”

隨着傳感器和量測技術的發展，包括人工智能和機器學習的新技術應用，柯晗認爲裝備會朝着自感知、自維護和自適應的方向發展。而裝備智能化需要具備四個核心的能力，分別是數字孿生、預測性維護、智能控制和开放集成。

在裝備智能化的基礎之上，生產過程中也需要通過對數據價值的利用和挖掘，來提升生產本身的智能化。柯晗表示：“生產智能化的能力主要是包括四個方面，即體系化的數據治理、穩定性的控制、缺陷的檢測，還有實時透明的生產管控。”

與此同時，先進半導體廠房建設也至關重要。中國電子系統工程第二建設有限公司設計總院常務副院長陸晶談道：“潔淨廠房是工業建築的皇冠，有十幾個大系統，下面還有很多小系統，這些系統都有很多精密的要求，因此半導體廠的運維和設計是非常復雜的問題。”

而廠房往往投資巨大，精度要求也很高，如何在資金回報率和效率、能耗之間做好平衡並非易事。陸晶進一步表示：“隨着半導體設備、裝備的發展，其實很多時候是裝備來引領廠房的建設，包括工藝的思路。”

自動化和數字化的進階

半導體全自動化生產线構築解決方案也是論壇的一個焦點議題，半導體產线工序各有特點，物料運輸方面的自動化也是重要組成部分。

成川科技（蘇州）有限公司副總經理肖永剛表示：“半導體的自動化，或者說AMHS系統（自動物料搬送系統）和其他行業的自動化模式並不通用。自動化不是選最貴的就是最好，最合適才是最好，要根據不同的設備特點來判定。比如天車是在空中運行，速度非常快，可以達到每秒3到4米，甚至5米，搬運頻率非常高，空中運行則安全性非常好，不和人、物流進行交互。所以天車非常適合在半導體產线做自動化的設備，適用於晶圓端、硅片制作、先進封裝等大部分場景。”

他進一步介紹道：“AGV是在地面運輸，是低速的點對點搬運，靠電池充電，搬運頻率比較低，可以和不同形態的載具，不同形態的設備配合取放料。但是局限是大搬運量不行，所以AGV適合一些特殊載具和小批量的搬運。我們根據這些不同設備的區別，根據產线的特點可以選擇適用的設備，這樣才能選出最合適的自動化方案和設備。”

自動化產线之外，軟硬件結合的數字化解決方案也在智能制造中扮演重要角色。

廣州智造家網絡科技有限公司首席營銷官劉曉亮表示，半導體也是一個設備類的集羣性的行業，有大量的非標制造設備，“現在一個大趨勢是，一些五百強的企業，包括大量的中國高速成長的非標制造企業，一直在解耦ERP。我們發現很多客戶用了ERP產品，但這個產品並沒有解決智能制造的協同問題。”

企業更需要的是平臺級的能力賦能，企業想要構建一個大的核心管理能力來幫助提升業務效率和質量。

“我們的數字化解決方案，帶來的核心價值一定是基於業務某一個比例或者指標的提升，我們在很多半導體的設備上有明確實踐。給客戶在它的生產周期、交付周期，包括裝配調試的周期、委外周期上做管控，做降本增效。智造家可以做這些，不是因爲我們是一家軟件公司，我們不是一個純軟件公司，我們大量是建構一些非標體系，從技術方案到整個的控制系統、設備、工藝和數字化，是一個工程。”劉曉亮說道。

眼下，國內的半導體產業正在不斷升級，制造工藝與半導體設備產業鏈如何聯動發展、如何協同數智化將繼續演進。