繆峰

做“淘金鏟子”的人

2006年大學(xué)畢業(yè)后，繆峰從半導(dǎo)體行業(yè)一線工程師開(kāi)始摸爬滾打，在8英寸晶圓廠擔(dān)任過(guò)自動(dòng)化軟件開(kāi)發(fā)工程師，也做過(guò)國(guó)外12英寸晶圓廠的自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)材料控制系統(tǒng)工程師。

2000年前后，國(guó)內(nèi)晶圓代工廠在上海建廠。但近20年來(lái)，半導(dǎo)體AMHS市場(chǎng)主要被兩家國(guó)外半導(dǎo)體設(shè)備公司壟斷。

繆峰說(shuō)，半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)技術(shù)壁壘高，但競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少，他覺(jué)得這是個(gè)商業(yè)機(jī)會(huì)，即使當(dāng)時(shí)在外企擁有不錯(cuò)的工作、穩(wěn)定的收入，也沒(méi)有讓他放棄創(chuàng)業(yè)的想法。

2014年，繆峰在上海創(chuàng)立半導(dǎo)體自動(dòng)化設(shè)備公司彌費(fèi)科技，研發(fā)半導(dǎo)體晶圓廠的自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)，而那時(shí)候半導(dǎo)體行業(yè)還不像如今這樣火熱。

AMHS是硬件和軟件的組合，可劃分為傳輸設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、凈化設(shè)備和控制軟件?？罩刑燔?chē)（OHT）、地面自主搬運(yùn)機(jī)器人（AMR）、智能晶圓存儲(chǔ)設(shè)備（STK）等硬件設(shè)備，以及調(diào)度這些硬件設(shè)備的軟件系統(tǒng)（MDS）是晶圓廠一套完整的AMHS系統(tǒng)，這也是晶圓廠背后物料轉(zhuǎn)移的生命線。

AMHS是一套龐大的系統(tǒng)，但它不像半導(dǎo)體工藝制程設(shè)備那樣需要5年、10年才能完成全部驗(yàn)證?？姺宓慕?jīng)驗(yàn)是，“當(dāng)你一口氣吃不下那么多的時(shí)候，可以從一個(gè)設(shè)備開(kāi)始分階段開(kāi)發(fā)，最后把所有產(chǎn)品組合起來(lái)，完成一整套AMHS交付給晶圓廠。”

地面移動(dòng)機(jī)器人是彌費(fèi)科技邁出的第一步。國(guó)外半導(dǎo)體設(shè)備巨頭在AMHS領(lǐng)域已有20多年的積淀和發(fā)展，近幾年，由于人力資源緊張，晶圓廠對(duì)良率要求越來(lái)越高，像地面移動(dòng)機(jī)器人這樣的地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)需求凸顯，新增市場(chǎng)使得國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商幾乎站在同一起跑線。

MR移動(dòng)機(jī)器人

從2016年起，彌費(fèi)科技陸續(xù)為國(guó)內(nèi)外多個(gè)8英寸和12英寸晶圓廠提供AMHS產(chǎn)品，包括調(diào)度軟件、傳送及存儲(chǔ)設(shè)備，并為40/28納米及以下先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)提供凈化設(shè)備。目前一些成熟設(shè)備在國(guó)內(nèi)某些晶圓廠里能達(dá)到10%-20%的市場(chǎng)占有率，個(gè)別產(chǎn)品接近30%。

“本土的半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)供應(yīng)商如果有一些突破，在這個(gè)領(lǐng)域可以比較快地打開(kāi)市場(chǎng)?！笨姺逭f(shuō)，通常12英寸晶圓廠一套完整的AMHS占晶圓廠固定投資的3%左右，一座超大規(guī)模量產(chǎn)的半導(dǎo)體工廠AMHS就需要投資數(shù)千萬(wàn)美元甚至數(shù)億美元。彌費(fèi)科技的加入意味著在中國(guó)市場(chǎng)有了第三個(gè)玩家參與游戲，而國(guó)內(nèi)晶圓廠頭部企業(yè)也開(kāi)始給國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商更多機(jī)會(huì)。

調(diào)度晶圓廠里的“交通”

晶圓制造是世界上最復(fù)雜的制造業(yè)之一。一片晶圓要在幾百臺(tái)設(shè)備間流轉(zhuǎn)，數(shù)十次重入同類(lèi)型的加工設(shè)備，經(jīng)過(guò)成百上千道工序，其復(fù)雜程度，甚至超過(guò)大都市的公共交通系統(tǒng)。

晶圓廠對(duì)潔凈度等級(jí)要求也極度嚴(yán)苛。潔凈室里產(chǎn)生最大污染的是人，如果減少人的活動(dòng)，勢(shì)必對(duì)產(chǎn)品良率帶來(lái)提升。

相比機(jī)器，人力搬運(yùn)物料效率也更低，“我們以前在晶圓廠里都干過(guò)，交接班或吃中飯的時(shí)候，設(shè)備稼動(dòng)率明顯下降，但機(jī)器人不會(huì)存在這個(gè)問(wèn)題，只要有電，它就一直在執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)?！?/p>

AMHS的出現(xiàn)就是要保證每一片晶圓的每一個(gè)流程正確，最大限度利用生產(chǎn)設(shè)備，減少空置狀態(tài)，提升產(chǎn)品良率。

OHT是晶圓廠空中傳輸?shù)闹饕O(shè)備，一輛無(wú)人搬送車(chē)運(yùn)送一盒晶圓，沿著空中軌道一輛接著一輛密集穿梭，執(zhí)行搬運(yùn)和傳送任務(wù)，自主移動(dòng)機(jī)器人行走在工廠走道，智能存儲(chǔ)晶圓設(shè)備記錄著每一批貨物的位置。

Foup Stocker晶圓盒存儲(chǔ)

繆峰說(shuō)，晶圓廠每天有幾十萬(wàn)條傳送任務(wù)。這時(shí)候，軟件調(diào)度系統(tǒng)就像城市里的交通控制中心，指揮和控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，調(diào)控不同批次晶圓在生產(chǎn)設(shè)備間的流轉(zhuǎn)，一旦流程出錯(cuò)，生產(chǎn)路徑就會(huì)堵塞。而如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)奈锪线\(yùn)送過(guò)去，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)就是極大浪費(fèi)，“每一臺(tái)設(shè)備都很貴，我們希望它一直是滿產(chǎn)的。”

彌費(fèi)科技正在開(kāi)發(fā)的天車(chē)OHT即將進(jìn)入某晶圓廠進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)證，而軟件調(diào)度系統(tǒng)是控制整個(gè)晶圓廠自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)的核心軟件。

去年，彌費(fèi)科技和華中科技大學(xué)成立AI算法研究室，將AI算法引入半導(dǎo)體調(diào)度系統(tǒng)，研究傳送任務(wù)排序和傳送路徑的優(yōu)化，以此提高晶圓廠生產(chǎn)效率。

晶圓制造的復(fù)雜流程帶來(lái)龐大數(shù)據(jù)量。彌費(fèi)科技找到國(guó)內(nèi)某12英寸晶圓廠，利用這家晶圓廠過(guò)去10年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)推算出現(xiàn)有系統(tǒng)傳送任務(wù)的排序和傳送路徑的選擇。

繆峰認(rèn)為，自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)的未來(lái)還是在于調(diào)度系統(tǒng)。以前需要100輛傳送小車(chē)才能完成的事，未來(lái)能否用80輛就能完成？調(diào)度系統(tǒng)的核心算法是最主要的突破口。

“AI算法是可以不斷迭代的，和友商在硬件差不多的情況下，軟件和算法層面可以不斷優(yōu)化，AMHS的靈魂可以不斷升級(jí)?！边^(guò)去二三十年形成的技術(shù)已經(jīng)穩(wěn)定，但也意味著缺乏進(jìn)一步突破的動(dòng)力。而提升整個(gè)系統(tǒng)的效率，他認(rèn)為這是未來(lái)從事這個(gè)專業(yè)的人需要思考的。

晶圓廠在蓋，機(jī)會(huì)就在

當(dāng)前，全球缺芯現(xiàn)象愈演愈烈，半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)能緊張。晶圓代工廠訂單飽滿，代工價(jià)格上漲。產(chǎn)能擴(kuò)張之下，半導(dǎo)體設(shè)備獲得發(fā)展良機(jī)。晶圓廠大規(guī)模新建產(chǎn)能，直接利好上游半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)。

國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)SEMI報(bào)告顯示，全球半導(dǎo)體制造商將在今年年底前開(kāi)始建設(shè)19座新的高產(chǎn)能晶圓廠，并在2022年再開(kāi)工建設(shè)10座，以滿足市場(chǎng)對(duì)芯片的加速需求。未來(lái)幾年，這29座晶圓廠的設(shè)備支出預(yù)計(jì)將超1400億美元。

圖為光罩存儲(chǔ)架，用于臨時(shí)存儲(chǔ)光罩盒。光罩盒的作用是存放用于存儲(chǔ)芯片電路圖形的光罩。在無(wú)塵室內(nèi)，用于存儲(chǔ)光罩的光罩盒在進(jìn)入光刻機(jī)前被臨時(shí)存儲(chǔ)在光罩盒存儲(chǔ)架上，光罩盒存儲(chǔ)架的儲(chǔ)位可將超純凈干燥空氣或氮?dú)獬掷m(xù)吹入光罩盒內(nèi)，以保證光罩（芯片電路圖形）的潔凈度和干燥度。

29個(gè)項(xiàng)目中，中國(guó)共有16個(gè)新晶圓廠建設(shè)項(xiàng)目。啟明創(chuàng)投合伙人葉冠泰在接受澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者采訪時(shí)表示，中國(guó)是全世界購(gòu)買(mǎi)晶圓生產(chǎn)設(shè)備最大的國(guó)家，也是最大的市場(chǎng)。另一方面，過(guò)去我國(guó)推動(dòng)半導(dǎo)體發(fā)展多聚焦芯片設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)方面，半導(dǎo)體制造設(shè)備需要有更大的自主可控性。

半導(dǎo)體設(shè)備細(xì)分領(lǐng)域多，包括光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、涂膠機(jī)、清洗機(jī)等。葉冠泰說(shuō)，目前在國(guó)內(nèi)的晶圓廠里，中國(guó)自主生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的市場(chǎng)份額不到15%，因此有非常大的空間讓新的國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商進(jìn)入；而AMHS每年大約有200億元的市場(chǎng)規(guī)模，過(guò)去主要被國(guó)外廠家壟斷。

“在AMHS行業(yè)里，以往所有玩家都是國(guó)外的，彌費(fèi)科技目前是中國(guó)最早入局AMHS系統(tǒng)研發(fā)的本土玩家?！比~冠泰說(shuō)，在當(dāng)前全球缺芯、產(chǎn)能擴(kuò)張局勢(shì)下，海外半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商產(chǎn)能不足，在疫情中也無(wú)法提供有效的技術(shù)支持來(lái)服務(wù)于國(guó)內(nèi)客戶。

而半導(dǎo)體設(shè)備的先發(fā)優(yōu)勢(shì)也非常重要，“對(duì)一個(gè)動(dòng)輒幾百億元造價(jià)的晶圓廠來(lái)說(shuō)，更換設(shè)備廠商所需要的工程成本、時(shí)間成本、技術(shù)人員的人力成本都是巨大的，所以它不會(huì)輕易去替換?！?葉冠泰對(duì)澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）表示。

繆峰提到，對(duì)晶圓廠來(lái)說(shuō)，每一次引入新的設(shè)備廠商實(shí)際上是損失了一部分效率來(lái)驗(yàn)證設(shè)備，這個(gè)過(guò)程往往傷筋動(dòng)骨?！皣?guó)內(nèi)已經(jīng)有自主可控的設(shè)備廠商能提供替代供應(yīng)鏈上的環(huán)節(jié)時(shí)，晶圓廠想的是如何滿產(chǎn)生產(chǎn)，而不是考慮持續(xù)引入新玩家來(lái)降低成本。”

“半導(dǎo)體行業(yè)一直是個(gè)周期性行業(yè)。”繆峰也感受到行業(yè)在變化，在這行工作15年，他經(jīng)歷過(guò)幾次上行下降。今年彌費(fèi)科技AMHS產(chǎn)品增速比去年翻了三倍，明后年也將保持高速增長(zhǎng)。不管是汽車(chē)芯片緊缺還是消費(fèi)電子芯片緊缺，對(duì)晶圓廠來(lái)說(shuō)，用的都是同一類(lèi)傳送系統(tǒng)。

“我們這些產(chǎn)品，無(wú)論是在A Fab（晶圓廠）還是B Fab，只要你是8英寸晶圓，那就是同一條線，12英寸晶圓就是另一條線?！笨姺逵X(jué)得彌費(fèi)只是AMHS里的小玩家，但只要芯片需求在生長(zhǎng)，晶圓廠在蓋，他的機(jī)會(huì)就在不斷提升。