2024年已近尾聲，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的重構(gòu)格局愈 發(fā)突顯，11月5日消息，據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，在美國(guó)政 府的最新指令下，美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)正在將中國(guó)公司從自己的 供應(yīng)鏈當(dāng)中剔除;美國(guó)財(cái)政部近期公布，限制美國(guó)資金投資 在中國(guó)人工智能(AI)等先進(jìn)科技領(lǐng)域的新規(guī)例已經(jīng)準(zhǔn)備就 緒，明年1月2日開始生效。另?yè)?jù)悉，臺(tái)積電已經(jīng)給中國(guó)客戶 發(fā)了最新郵件，內(nèi)容是從11月11日起，中國(guó)的AI和GPU客戶 被暫停供應(yīng)7nm和更先進(jìn)工藝產(chǎn)能。而在11月5日進(jìn)博會(huì)的 開幕當(dāng)天，阿斯麥公司代表也表示其“在中國(guó)的業(yè)務(wù)聚焦于生產(chǎn)主流芯片的成熟制程領(lǐng)域”。

　　全球“芯片戰(zhàn)”加劇，一方面阻礙了現(xiàn)階段中國(guó)半導(dǎo)體 先進(jìn)制程的開發(fā)與應(yīng)用，嚴(yán)重影響到國(guó)內(nèi)AI人工智能產(chǎn)業(yè)的 未來(lái)發(fā)展;另一方面，也進(jìn)一步刺激到中國(guó)芯片廠商加緊 重新組建新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，盡管這將是一個(gè)非常漫長(zhǎng)的過 程?？梢灶A(yù)見的是，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)自主可控、制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí) 的大背景下，半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)仍將保持穩(wěn)健的增長(zhǎng)，釋放出 對(duì)部件與系統(tǒng)的強(qiáng)大需求。

　　根據(jù)國(guó)際芯片行業(yè)組織SEMI的最新統(tǒng)計(jì)顯示，2024年第二季度全球半導(dǎo)體設(shè)備出貨金額同比增長(zhǎng)4%，達(dá)到268億 美元，同期環(huán)比微幅增長(zhǎng)1%。其中，中國(guó)大陸今年第二季 度半導(dǎo)體設(shè)備出貨金額122.1億美元，同比大增62%(如圖1所 示);預(yù)計(jì)2024年全年，中國(guó)大陸的芯片制造設(shè)備支出將首 次突破400億美元大關(guān)，顯示出中國(guó)大陸在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上的 巨大投入和決心。與此同時(shí)，SEMI表示，在2024年至2027 年期間，中國(guó)大陸仍然保持著全球最大芯片制造設(shè)備市場(chǎng)的 地位，中國(guó)大陸在半導(dǎo)體工廠設(shè)備上的支出將達(dá)到1444億美 元，高于韓國(guó)的1080億美元、中國(guó)臺(tái)灣的1032億美元、美 洲的775億美元和日本的451億美元。

　　工控自動(dòng)化廠商積極參與

　　總體而言，當(dāng)前，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體裝備業(yè)在前道制造環(huán)節(jié)相 較于海外頭部企業(yè)還有不小的差距，但在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的追 趕距離可能相對(duì)會(huì)更近一些。

　　與全球IC制造產(chǎn)業(yè)大潮相呼應(yīng)，隨著AI人工智能、5G通 訊、自動(dòng)駕駛、元宇宙等新興產(chǎn)業(yè)的快速崛起，高速運(yùn)算、 高速傳輸、低耗電及低延遲的先進(jìn)芯片被用于實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù) 處理，新型態(tài)的先進(jìn)封裝架構(gòu)與設(shè)計(jì)概念由此應(yīng)運(yùn)而生。以 2.5D和3D封裝為代表的芯片堆疊技術(shù)不斷推動(dòng)晶圓減薄工 藝的發(fā)展，應(yīng)對(duì)晶圓減薄所帶來(lái)的一些物理難題，已成為多 層晶圓堆疊技術(shù)成功與否的關(guān)鍵。

　　例如，先進(jìn)封裝的高集成度所帶來(lái)的晶圓薄化趨勢(shì)，推高了鍵合機(jī)精確控制的難度，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性、耐久性也帶 來(lái)了重大挑戰(zhàn)。為了強(qiáng)化2.5D或3D封裝中的HBM、GPU、 CPU、FPGA等處理器之間的彼此整合，以臺(tái)積電的SoIC和 英特爾的Foveros為代表的封裝類型都需用到混合鍵合技 術(shù)。面向3D封裝集成應(yīng)用領(lǐng)域，晶圓高速高精度對(duì)準(zhǔn)技術(shù)、 混合鍵合實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的晶圓鍵合精度 (亞微米級(jí))，有效提升芯片間的通信帶寬及芯片系統(tǒng)性能， 并提高設(shè)備產(chǎn)能，這些都是現(xiàn)在相關(guān)設(shè)備廠商開發(fā)的重點(diǎn)。

　　目前，在半導(dǎo)體/泛半導(dǎo)體高端制造裝備領(lǐng)域，內(nèi)部運(yùn) 動(dòng)控制模塊、系統(tǒng)的主要供應(yīng)商有ACS、Aerotech、歐姆 龍、Beckhoff、ELMO等，這些廠商為半導(dǎo)體制造前道蝕 刻、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、原子層沉積(ALD)、晶圓量 測(cè)/檢測(cè)、固晶/貼片、引線鍵合、晶圓切割等工序提供了先 進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)多軸控制器和完整的高精密運(yùn)動(dòng)控制解決方 案;除此之外，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)、固高科技等也是這一市場(chǎng)中的 佼佼者。

　　多自由度精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是晶圓制造和檢測(cè)過程中要用到 的核心部件之一 ，一般是采用模塊化、集成化、超薄化等設(shè) 計(jì)理念，基于直線電機(jī)、音圈電機(jī)、力矩電機(jī)等基礎(chǔ)部件及 先進(jìn)的驅(qū)控技術(shù)，搭建出符合特定應(yīng)用需求的、從單軸驅(qū)動(dòng) 獨(dú)立控制到高性能多軸控制的硬件解決方案，如：?jiǎn)屋S位移 平臺(tái)、XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、ZT運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、多軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、氣浮位移 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)單軸、X、Y、Z、θ軸、多自由度的高精 度、高剛度直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。多自由度精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)被大量 應(yīng)用在晶圓薄膜計(jì)量、關(guān)鍵尺寸檢查、晶圓劃線和晶圓激光 退火等半導(dǎo)體生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)。雅科貝思、PI普愛納米、華卓 精科、直為精驅(qū)、隱冠半導(dǎo)體、克洛諾斯等都是現(xiàn)階段精密 運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)開發(fā)領(lǐng)域的重要供應(yīng)商。

　　此外，晶圓搬運(yùn)解決方案也是一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)。由于本土 廠商進(jìn)入這一開發(fā)領(lǐng)域的時(shí)間較晚，因此，目前在產(chǎn)品供應(yīng) 方面仍以日本、臺(tái)灣地區(qū)的廠商為主。例如，OHT天車搬運(yùn) 系統(tǒng)(空中懸掛式無(wú)人搬送車)是大部分12英寸半導(dǎo)體晶圓 廠的標(biāo)配之一，這類市場(chǎng)主要被日本村田機(jī)械、大福等廠商 所壟斷，國(guó)內(nèi)的蘇州新施諾半導(dǎo)體、華芯智能、上海盟立等 則是新銳之星。另外，用于潔凈室的水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人(機(jī) 械手臂)、AGV無(wú)人搬運(yùn)車、輸送機(jī)式RGV系統(tǒng)、EFEM高速 晶圓/載板傳送設(shè)備、Lifter垂直搬運(yùn)系統(tǒng)等等都是對(duì)自動(dòng)化 廠商軟硬件綜合開發(fā)實(shí)力的一次考驗(yàn)。

　　滿足高速、高精度壓力控制需求

　　轉(zhuǎn)塔式芯片測(cè)試分選機(jī)是目前很多直驅(qū)技術(shù)廠商正在 開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)設(shè)備市場(chǎng)，這類專業(yè)機(jī)器以其高效自動(dòng)化、 高精度、靈活性、穩(wěn)定性、占地面積小、維護(hù)方便以及擴(kuò)展 性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在半導(dǎo)體封裝測(cè)試領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。轉(zhuǎn)塔 式分選機(jī)一般采用工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制卡的方 式，通過高效穩(wěn)定的振動(dòng)盤將材料輸送至轉(zhuǎn)塔，隨后材料經(jīng) 過主測(cè)試站和拓展副站的檢測(cè)，將不良器篩選之后，最終進(jìn) 行編帶完成包裝。轉(zhuǎn)塔式分選機(jī)由DD馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn) 以及主轉(zhuǎn)塔上可獨(dú)立上下運(yùn)動(dòng)的吸嘴構(gòu)成，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定高 效，重復(fù)定位精度高，可檢測(cè)的芯片尺寸范圍廣，并可靈活 定制和拓展測(cè)試站。

　　當(dāng)前，轉(zhuǎn)塔式分選機(jī)正面臨諸如光學(xué)性能視覺檢測(cè)、微 米級(jí)精準(zhǔn)定位和高速取放、特殊力控與運(yùn)算等挑戰(zhàn)，并且用 戶端對(duì)于設(shè)備的UPH值(單位時(shí)間產(chǎn)能)提出了更高的要求 (如要求MAX UPH在50-60K/H甚至以上)。但另一方面， 芯粒尺寸越來(lái)越小，就需要高達(dá)微米級(jí)精準(zhǔn)的定位控制及特 殊的吸嘴設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速取放。更重要的是，高精度壓力 控制與高速運(yùn)動(dòng)往往是一對(duì)矛盾體，裸芯片一般為減薄后的 芯粒，在測(cè)試過程中與測(cè)試座間的接觸需要特殊的力控與運(yùn) 動(dòng)算法，既能保證芯粒不被損壞，又能實(shí)現(xiàn)高速的芯粒取放 與移動(dòng)。

　　南京宏泰科技主營(yíng)業(yè)務(wù)包括半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)(ATE)、自 動(dòng)測(cè)試分選設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，其面向市場(chǎng)推發(fā)出了 UPH 65K的超高速測(cè)試分選機(jī)，基于三菱電機(jī)高響應(yīng)伺服 J5，以及自主研發(fā)的運(yùn)動(dòng)學(xué)算法和工藝，這款轉(zhuǎn)塔式超高速 測(cè)試分選機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化了節(jié)拍與壓力控制精度，確保設(shè)備在 高速產(chǎn)出效率的前提下，連桿機(jī)構(gòu)下壓時(shí)保護(hù)芯片不被壓 壞，設(shè)備節(jié)拍較于上一代分選機(jī)提升15%，壓力控制精度提 升50%。同時(shí)，系統(tǒng)還具有更靈敏的碰撞檢知、峰值力控制 和恒力保壓等功能，可準(zhǔn)確、靈敏地檢知碰撞的發(fā)生，并發(fā) 出指令，實(shí)現(xiàn)立即停機(jī)或者回退等動(dòng)作對(duì)策。據(jù)悉，該超高 速分選機(jī)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于小尺寸和超薄封裝芯片的量產(chǎn) 測(cè)試，并獲得了大量海外訂單。

　　在整個(gè)半導(dǎo)體封測(cè)環(huán)節(jié)，分選機(jī)和探針臺(tái)是將芯片的引 腳與測(cè)試機(jī)的功能模塊連接起來(lái)的專用設(shè)備，與測(cè)試機(jī)共同 實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化測(cè)試流程。除了轉(zhuǎn)塔式分選機(jī)此之外，實(shí)際 上，分選機(jī)的種類繁多，應(yīng)用場(chǎng)景也各有不同。隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，車規(guī)芯片市場(chǎng)迅速型興起， 傳統(tǒng)的芯片測(cè)試系統(tǒng)大多只具備單一的高溫檢測(cè)功能或單一 的制冷環(huán)境功能，無(wú)法同時(shí)滿足芯片的高低溫測(cè)試需求，而 三溫平移式測(cè)試分選機(jī)可滿足車規(guī)芯片AEC-Q100測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 的要求，在-40℃-150℃環(huán)境下確保芯片在移動(dòng)、測(cè)試過程 均能夠維持在最優(yōu)的溫度值范圍內(nèi)，以確保待測(cè)產(chǎn)品達(dá)到較 佳的測(cè)試效果。據(jù)了解，目前，國(guó)產(chǎn)三溫分選機(jī)尚處于起跑 階段，中國(guó)大陸上市公司僅有少數(shù)幾家能夠推出三溫分選 機(jī)。另外，DDR高溫測(cè)試分選機(jī)市場(chǎng)也同樣被看好，以應(yīng)對(duì) 芯片在高溫下的電性測(cè)試要求不斷升高的趨勢(shì)。

　　檢測(cè)和量測(cè)成為主力市場(chǎng)

　　半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備是晶圓廠的主要投資支出之一，需 要依賴應(yīng)用于前道制程和先進(jìn)封裝的半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備， 即量測(cè)(Metrology)和檢測(cè)(Inspection)環(huán)節(jié)，它們對(duì) 于芯片生產(chǎn)良率的影響至關(guān)重要。量測(cè)指的是對(duì)被觀測(cè)的晶 圓電路上的結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚 度、關(guān)鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數(shù)的量測(cè)。 檢測(cè)指的是在晶圓表面上或電路結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)其是否出現(xiàn)異 質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、開短路等對(duì)芯片工藝性能 具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷。

　　隨著制程越來(lái)越先進(jìn)、工藝環(huán)節(jié)不斷增加，行業(yè)發(fā)展 對(duì)工藝控制水平提出了更高的要求，制造過程中檢測(cè)設(shè)備與 量測(cè)設(shè)備的需求量將倍增。根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)半 導(dǎo)體量測(cè)檢測(cè)設(shè)備行業(yè)現(xiàn)狀深度研究與未來(lái)前景分析報(bào)告 (2024-2031年)》顯示，2019-2023年我國(guó)半導(dǎo)體量測(cè)檢 測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模由16.9億美元增長(zhǎng)至40.5億美元(如圖2所 示)，半導(dǎo)體量測(cè)檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模占全球的比重由27.3% 增長(zhǎng)至31.3%左右。中國(guó)大陸半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備的市場(chǎng) 處于高速發(fā)展期，市場(chǎng)顯著高于全球半導(dǎo)體設(shè)備量測(cè)和檢測(cè) 設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度?？傮w上，檢測(cè)設(shè)備約占70%左右，其 中包括納米圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備、無(wú)圖形晶圓缺陷檢測(cè) 設(shè)備、圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備等等;量測(cè)設(shè)備則約占30%左 右，其中包括關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備、套刻精度量測(cè)設(shè)備、薄膜 膜厚量測(cè)設(shè)備、三維形貌量測(cè)設(shè)備等等。

　　從技術(shù)路線原理來(lái)看，目前的半導(dǎo)體量測(cè)/檢測(cè)主要分 為光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、電子束檢測(cè)技術(shù)和X光量測(cè)技術(shù)三大類。 在相同條件下，光學(xué)技術(shù)的檢測(cè)速度比電子束檢測(cè)技術(shù)快，速度可以較電子束檢測(cè)技術(shù)快1,000倍以上，而X光量測(cè)技術(shù) 主要應(yīng)用于特定金屬成分測(cè)量和超薄膜測(cè)量等特定的領(lǐng)域。

　　在晶圓廠選購(gòu)半導(dǎo)體量測(cè)/檢測(cè)設(shè)備時(shí)，性價(jià)比是其重 要的考慮因素。質(zhì)量控制設(shè)備檢測(cè)速度和吞吐量的提升將有 效降低集成電路制造廠商的平均晶圓檢測(cè)成本，從而實(shí)現(xiàn)降 本增效。因此，檢測(cè)速度和吞吐量更高的檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備能 夠幫助下游客戶更好地控制企業(yè)成本，提高良品率。

　　近期，克洛諾斯科技在半導(dǎo)體前道制程量測(cè)檢測(cè)領(lǐng) 域取得了突破，其新推出的水星運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)總行程達(dá) 475*410mm，可滿足12寸及以下的晶圓量檢測(cè)使用。據(jù)介 紹，水星平臺(tái)擁有極佳的動(dòng)態(tài)性能，加速度達(dá)20m/s2,同 時(shí)最高速度達(dá)到1.25m/s，定位精度高達(dá)±1μm，并擁有優(yōu) 異的雙向重復(fù)精度，可滿足晶圓量檢測(cè)設(shè)備的短行程短穩(wěn)定 需求。水星運(yùn)控平臺(tái)卡盤面帶真空接口，可選配導(dǎo)軌粉塵抽 吸功能、個(gè)性化信號(hào)以及壓縮空氣管等，滿足ISO 2潔凈等 級(jí)環(huán)境需求。為了進(jìn)一步提升晶圓量檢測(cè)UPH，克洛諾斯還 可為水星加裝靜音系列主動(dòng)避震，在特定頻率及工況下隔振 效果能達(dá)到95%以上，每移動(dòng)10μm整定窗口±40nm時(shí)整定 時(shí)間就可控制在40ms內(nèi)，并且位置穩(wěn)定性在2KHZ時(shí)能達(dá)到 ±2nm，這意味著水星運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)能極大程度上降低工作 時(shí)間，有效提升設(shè)備的UPH值，適用于半導(dǎo)體制造中的晶圓 量測(cè)檢測(cè)如疊片測(cè)量、關(guān)鍵尺寸量測(cè)、薄膜量測(cè)等工序中。

　　結(jié)語(yǔ)

通常來(lái)說，在半導(dǎo)體供應(yīng)鏈體系中，制造設(shè)備的驗(yàn)證周期很大程度上取決于客戶的具體要求，一旦部件或系統(tǒng)在 主機(jī)中被定型后，供應(yīng)商還需要進(jìn)一步配合設(shè)備集成商進(jìn)行 機(jī)器的整體驗(yàn)證和上限測(cè)試，這些都涉及到對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度的嚴(yán) 格把控，以及對(duì)主機(jī)生產(chǎn)的驗(yàn)證，尤其是產(chǎn)品的功能和性能 需要經(jīng)過較為嚴(yán)苛的測(cè)試。中國(guó)半導(dǎo)體整體產(chǎn)業(yè)的上升之路 還很漫長(zhǎng)，盡管目前國(guó)內(nèi)零部件的應(yīng)用比例逐年提升，低成 本、短交期、斷鏈風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)令到國(guó)內(nèi)企業(yè)的參與機(jī)會(huì)加 大，在新一輪中國(guó)半導(dǎo)體裝備業(yè)的升級(jí)過程中，工控自動(dòng)化 部件及系統(tǒng)廠商需要加大創(chuàng)新研發(fā)投入，提高產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)，全力賦能中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)制造進(jìn)程。