芯片战场丨半导体设备与制造工艺如何智能化进阶？

21世纪经济报道记者倪雨晴 无锡、深圳报道

“过去一年我们经历了周期调整，2023年大多数半导体公司还是比较煎熬。由于半导体行业的需求疲软，半导体设备市场2023年预计下降。不过近期有好转的趋势，在2024年可能会迎来新的增长，晶圆厂也会迎来比较大的复苏。”

近日，江苏芯梦半导体设备有限公司CEO寥周芳在第十一届半导体设备年会的分论坛之一——制造工艺与半导体设备产业链联动发展论坛上谈到行业现状。

(资料图片仅供参考)

面对周期波动和外部环境变化，半导体设备厂商和产业链上的制造企业正在强化内功、构筑壁垒，来应对调整。其中，智能化、数字化成为关键词，半导体作为先进制造的代表，正在探索数智化如何为产业降本增效。而制造和设备是产业链上的关键环节，从自动化到数智化的进阶也是重要课题。

从装备智能化到生产智能化

此次论坛上，北京寄云鼎城科技有限公司COO柯晗说道：“中国已经连续13年位居全球制造业的首位，但是在一些高端制造领域，比如半导体材料、零部件，包括核心装备等，还存在大量卡脖子的环节。制造业如何向先进制造发展是一个关键问题，在全球第四次工业革命的背景下，我们认为，制造业从信息化向智能化的发展是必经之路。”

一方面是装备需要智能化。柯晗表示，先进制造需要具备精准性、实时性、灵活性、可预测性，在可预测的基础上，需要产线本身具备自我调节和自我优化、自我学习的能力。这些特点对装备提出了更高的要求，装备需要在接收到生产指令以后，可以快速响应、准确控制、保证稳定和连续运行。

他进一步分析道：“和其他传统制造业相比，我们认为半导体行业装备更重要。比如很多装备复杂度非常高，以PVD（物理气相沉积）为例，可能会涉及十几门学科，几十个模块，几万个零部件，几万行的代码，半导体装备是一个高度复杂的集成自动化系统。因此半导体行业装备智能化是生产智能化的基础。”

随着传感器和量测技术的发展，包括人工智能和机器学习的新技术应用，柯晗认为装备会朝着自感知、自维护和自适应的方向发展。而装备智能化需要具备四个核心的能力，分别是数字孪生、预测性维护、智能控制和开放集成。

在装备智能化的基础之上，生产过程中也需要通过对数据价值的利用和挖掘，来提升生产本身的智能化。柯晗表示：“生产智能化的能力主要是包括四个方面，即体系化的数据治理、稳定性的控制、缺陷的检测，还有实时透明的生产管控。”

与此同时，先进半导体厂房建设也至关重要。中国电子系统工程第二建设有限公司设计总院常务副院长陆晶谈道：“洁净厂房是工业建筑的皇冠，有十几个大系统，下面还有很多小系统，这些系统都有很多精密的要求，因此半导体厂的运维和设计是非常复杂的问题。”

而厂房往往投资巨大，精度要求也很高，如何在资金回报率和效率、能耗之间做好平衡并非易事。陆晶进一步表示：“随着半导体设备、装备的发展，其实很多时候是装备来引领厂房的建设，包括工艺的思路。”

自动化和数字化的进阶

半导体全自动化生产线构筑解决方案也是论坛的一个焦点议题，半导体产线工序各有特点，物料运输方面的自动化也是重要组成部分。

成川科技（苏州）有限公司副总经理肖永刚表示：“半导体的自动化，或者说AMHS系统（自动物料搬送系统）和其他行业的自动化模式并不通用。自动化不是选最贵的就是最好，最合适才是最好，要根据不同的设备特点来判定。比如天车是在空中运行，速度非常快，可以达到每秒3到4米，甚至5米，搬运频率非常高，空中运行则安全性非常好，不和人、物流进行交互。所以天车非常适合在半导体产线做自动化的设备，适用于晶圆端、硅片制作、先进封装等大部分场景。”

他进一步介绍道：“AGV是在地面运输，是低速的点对点搬运，靠电池充电，搬运频率比较低，可以和不同形态的载具，不同形态的设备配合取放料。但是局限是大搬运量不行，所以AGV适合一些特殊载具和小批量的搬运。我们根据这些不同设备的区别，根据产线的特点可以选择适用的设备，这样才能选出最合适的自动化方案和设备。”

自动化产线之外，软硬件结合的数字化解决方案也在智能制造中扮演重要角色。

广州智造家网络科技有限公司首席营销官刘晓亮表示，半导体也是一个设备类的集群性的行业，有大量的非标制造设备，“现在一个大趋势是，一些五百强的企业，包括大量的中国高速成长的非标制造企业，一直在解耦ERP。我们发现很多客户用了ERP产品，但这个产品并没有解决智能制造的协同问题。”

企业更需要的是平台级的能力赋能，企业想要构建一个大的核心管理能力来帮助提升业务效率和质量。

“我们的数字化解决方案，带来的核心价值一定是基于业务某一个比例或者指标的提升，我们在很多半导体的设备上有明确实践。给客户在它的生产周期、交付周期，包括装配调试的周期、委外周期上做管控，做降本增效。智造家可以做这些，不是因为我们是一家软件公司，我们不是一个纯软件公司，我们大量是建构一些非标体系，从技术方案到整个的控制系统、设备、工艺和数字化，是一个工程。”刘晓亮说道。

眼下，国内的半导体产业正在不断升级，制造工艺与半导体设备产业链如何联动发展、如何协同数智化将继续演进。

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