觀諸現(xiàn)今諸多輸送機械應(yīng)用市場，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可說是臺灣輸送機械及系統(tǒng)整合廠商最夢寐以求的場域。尤其是近年來因應(yīng)中美科技戰(zhàn)與後疫情時代，各國分別對於先進或成熟製程的晶片戰(zhàn)略性需求水漲船高，也帶動新一波刺激投資商機，臺廠對於所需自動化搬運設(shè)備和晶圓機器人整合需求，則應(yīng)隨之轉(zhuǎn)型升級。
如今半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不僅成為評估一國提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)和附加價值的關(guān)鍵指標、大國期望能「就近看管」的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在臺灣更有「護國神山」之稱。當(dāng)後疫情時代，各國正積極強化供應(yīng)鏈韌性情境下，無不積極擴充產(chǎn)能、添購設(shè)備，帶動近年來全球半導(dǎo)體設(shè)備出口成長。
根據(jù)工研院產(chǎn)科所引用SEMI統(tǒng)計近10年（2020~2021年）資料顯示，除了2011、2015年之外，其他每年設(shè)備市場規(guī)模皆可達到百億美元以上，2019年甚至比起2018年成長達到68%。主因即是當(dāng)時業(yè)者正積極投資開發(fā)7nm、10nm等先進製程，對於半導(dǎo)體設(shè)備的市場規(guī)模都會產(chǎn)生正向影響。促使臺灣半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)值自2012年之後就逐年成長，近10年來平均年增17.7%；在2021年突破千億元，達到1,186億元之後，還較前年大增33.6%，可望連續(xù)兩年突破千億規(guī)模。
工研院產(chǎn)科國際所分析師張雯琪也指出，目前全球半導(dǎo)體設(shè)備市場仍持續(xù)成長的主因，即在於高效能運算（HPC）應(yīng)用產(chǎn)品帶動製程技術(shù)升級。依SEMI統(tǒng)計，2022年全球共計167座晶圓廠將進行產(chǎn)能擴充，設(shè)備支出比重將占整體設(shè)備支出超過84%；晶圓代工廠則是設(shè)備採購的最大來源，約占53%，其次是設(shè)備業(yè)者的32%。
各階段製程半導(dǎo)體需求未減 帶動新一波設(shè)備需求
臺廠因受惠於今年上半年車用電子、高效能運算市場仍屬熱絡(luò)，對於5G、物聯(lián)網(wǎng)、車用電子等應(yīng)用晶片需求強勁。半導(dǎo)體業(yè)者紛紛選擇持續(xù)在臺投資高階製程，再藉海外擴廠來增加產(chǎn)能，帶動供應(yīng)鏈在地化的群聚效應(yīng)，正吸引國際大廠紛紛前來投資，也帶動新一波半導(dǎo)體設(shè)備需求。
目前臺製半導(dǎo)體設(shè)備包含生產(chǎn)與檢測兩大類，依經(jīng)濟部統(tǒng)計2021年生產(chǎn)設(shè)備及零件產(chǎn)值879億元，約占74.1%，比起前一年成長42.1%、近5年平均年增25.9%，成為主力成長貢獻來源；去年檢測設(shè)備及零件亦年增14.2%、近5年平均年增13.4%。主因則是生產(chǎn)設(shè)備廠商近年積極投入研發(fā)製造，持續(xù)接獲國內(nèi)外大廠訂單所致。
| 圖1 : 依經(jīng)濟部統(tǒng)計2021年臺灣半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備及零件產(chǎn)值879億元，約占74.1%，比起前一年成長42.1%。（source：經(jīng)濟部統(tǒng)計處） |
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其中因為在半導(dǎo)體生產(chǎn)線上，使用數(shù)位控制自動化早已行之有年，可說是臺灣推廣工業(yè)4.0的領(lǐng)頭羊。特別是在矽晶圓上生成半導(dǎo)體的前段製程裡，自動搬運設(shè)備與機器人也在製程串接上發(fā)揮了重大作用。包括經(jīng)過倉儲系統(tǒng)，搬運晶圓到生產(chǎn)線；在無塵室內(nèi)搬運晶圓半成品，銜接到不同製程，或在同一製程內(nèi)裝/卸載任一裝置；甚至是將已完成的晶圓，搬運到下一個晶圓檢驗製程等，均可利用自動搬運設(shè)備或機器人完成。
在美商應(yīng)用材料（Applied Materials）、艾司摩爾（ASML）、科磊（KLA）、科林研發(fā)（Lam Research）、東京威力科創(chuàng)（TEL）等大廠的半導(dǎo)體設(shè)備上，也都會看到搬運晶圓/片機器人，約有40%應(yīng)用於蝕刻、36%在沉積、24%在光刻、離子注入、化學(xué)機械研磨、濕法工藝等製程，皆可透過母公司、當(dāng)?shù)刭u方或任何獲得授權(quán)的第三方廠商來執(zhí)行安裝。
另有部份半導(dǎo)體設(shè)備或系統(tǒng)整合廠商，為了達到半導(dǎo)體客戶導(dǎo)入自動化需求，多在不影響進口設(shè)備的原有效能下改機，以貼近提供客製自動化技術(shù)與機器人應(yīng)用。但有別於傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)偏好透過PLC，進行機器人、設(shè)備與周邊裝置通過I/O及暫存器交握，半導(dǎo)體廠更重視座標交換、機器視覺和感測器整合，以及大數(shù)據(jù)擷取的功能、能否支援SECS/GEM等。透過導(dǎo)入自動化技術(shù)，不僅可用來提高生產(chǎn)效率、降低人為疏失；因半導(dǎo)體生產(chǎn)作業(yè)流程的標準化，也能讓智慧自動化技術(shù)更有發(fā)揮空間。
例如在KLA半導(dǎo)體設(shè)備上，便搭載安川電機YASAWA的SEMISTAR機器人，來執(zhí)行晶圓移載功能；Applied Materials臺灣應(yīng)材分公司，也委託日商川崎重工業(yè)（KAWASAKI）在臺分公司，提供設(shè)備上的機器人保養(yǎng)服務(wù)。依工研院產(chǎn)科國際所統(tǒng)計2017~2021年，臺灣半導(dǎo)體前/後段製程設(shè)備所使用的機器人品牌與數(shù)量，市占率前三名大概是KAWASAKI（16%）、RORZE（14%）、YASAWA（11%）。
臺廠在半導(dǎo)體後段製程機器人使用最多的，則是由弘塑集團旗下的佳霖科技所代理的日商JEL品牌，估計在臺灣市占率約25%以上；其他還有生產(chǎn)EUV傳輸機臺的家登、半導(dǎo)體再生晶圓與設(shè)備的辛耘等，未來臺灣半導(dǎo)體設(shè)備廠商朝向更潔淨(jìng)的class 1等級邁進，則是主流趨勢之一。
| 圖2 : 另有部份半導(dǎo)體設(shè)備或系統(tǒng)整合廠商，為了達到半導(dǎo)體客戶導(dǎo)入自動化需求，多在不影響進口設(shè)備的原有效能下改機，以貼近提供客製自動化技術(shù)與機器人應(yīng)用。（攝影：陳念舜） |
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半導(dǎo)體設(shè)備整合機器人 提供潔淨(jìng)整機搬運設(shè)備
根據(jù)工研院產(chǎn)科國際所引用SEMI資料統(tǒng)計，在2020年達到710億美元規(guī)模的全球半導(dǎo)體設(shè)備市場裡，包含晶圓製程、晶圓廠設(shè)施和光罩設(shè)備、後段組裝、封裝和測試等領(lǐng)域。用於半導(dǎo)體生產(chǎn)的真空機器人（Vacuum Robot）、大氣機器人（Atmosphere Robot）及EFEM、真空傳輸平臺等，皆屬於潔淨(jìng)室等級機器人。
其中晶圓機器人市場規(guī)模約8.1億美元，預(yù)估2025年將達10.3億美元。看似占比雖小，但因為要將晶圓（Wafer）製成大小不同的晶片需要許多複雜程，便非常倚賴自動化設(shè)備快速且精準將晶圓/片輸送到各個製程節(jié)點，扮演承先啟後的關(guān)鍵角色！
惟若進一步分析2020年臺灣半導(dǎo)體設(shè)備172億美元的市場規(guī)模而言，其中會搭配使用的機器人約占3.1億元，相當(dāng)於全球市場規(guī)模的1/3，也就是說全世界每產(chǎn)出3臺晶圓搬運機器人，就可能有1臺用在臺灣半導(dǎo)體工廠的製程設(shè)備。
工研院產(chǎn)科國際所機械與製造系統(tǒng)研究部經(jīng)理黃仲宏進一步指出，其實在半導(dǎo)體製程設(shè)備中所使用的晶圓機器人（Wafer Robot），於移載及傳送晶圓/片的流程裡，即具有相當(dāng)?shù)闹匾裕缪莅雽?dǎo)體設(shè)備裡的「最佳配角」。並在此基礎(chǔ)上進行調(diào)查統(tǒng)計，得知2017~2021年間臺灣半導(dǎo)體廠前/後段製程所導(dǎo)入的自動化搬運輸送設(shè)備與數(shù)量，且有進一步強化整合趨勢：
包括半導(dǎo)體製程設(shè)備廠商為了讓自家產(chǎn)品更有競爭力，將會提供半導(dǎo)體製造商更強化整合功能（Total Solutions）的解決方案，預(yù)期將會有更多國內(nèi)外半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)者，會與晶圓機器人供應(yīng)商合作。但由於晶圓機器人在半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)屬於寡占（Oligopoly）市場，必須要符合運動軌跡的高穩(wěn)定精度、柔順不能頓挫，且在設(shè)備內(nèi)的高潔淨(jìng)需求，現(xiàn)在只有為少數(shù)幾家生產(chǎn)者壟斷，且有「大者恆大」的特色，
此外，現(xiàn)今晶圓機器人製造業(yè)者也不僅止於提供機器人，還會納入設(shè)備前端模組（Equipment Front End Module；EFEM）、分揀機（Sorter）、對準器（Aligner）成為整機設(shè)備，共同出貨予半導(dǎo)體設(shè)備廠商，加上銷售服務(wù)後，只要整套系統(tǒng)一進入半導(dǎo)體製程就難以被取代。
目前半導(dǎo)體設(shè)備廠商也逐步投入在自家設(shè)備上開發(fā)自製EFEM，主要用來橋接輸送和製程設(shè)備的箱型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，搭載晶圓裝載埠、機器人和風(fēng)扇濾網(wǎng)。當(dāng)晶圓於輸送過程中，利用FOUP（Front opening Unified Pod，前開放式晶圓傳輸盒）放置於EFEM時，即可由晶圓裝載埠承接，在密封環(huán)境下由機器人一片片取出晶圓，並自主選擇搭配的機器人廠商。
黃仲宏表示，目前在半導(dǎo)體機器人市場，僅次於超潔淨(jìng)環(huán)境下使用的真空機器人，便是在無塵室內(nèi)的晶圓搬運設(shè)備，基於製程間若搬送距離較長，半導(dǎo)體物料搬運系統(tǒng)便會利用採磁浮動力，被半導(dǎo)體封測廠暱稱為空、陸軍的空中走行式搬運系統(tǒng)OHT（Overhead Hoist Transfer）、OHS（Over Head Shuttle）、OHCV（Over Head conveyor），以及移動機器人（Mobile Robot；MR）、潔淨(jìng)自動化立庫、光罩潔淨(jìng)立庫等，將這些無塵室自動化產(chǎn)品應(yīng)用在半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)線上，以確保在高速運輸同時，可將揚塵、震動、噪音等問題降至最小，供應(yīng)廠商以日系大廠Daifuku、Murata Machinery為主。
晶圓搬運機器人則主要用於半導(dǎo)體的前/後段製程，具備高潔淨(jìng)度、耐震及高精度特色，特別是在半導(dǎo)體元件微小化趨勢下，將更要求潔淨(jìng)度，主要廠商有KAWASAKI、SANKYO、Genmark、RORZE、JEL、YASKAWA，目前已可看到各家品牌逐漸往後段製程進攻。臺灣的大銀、均豪、三和技研、東佑達，也力推晶圓機器人（Wafer Robot），以爭食後段製程設(shè)備中的自動光學(xué)檢測、洗淨(jìng)、烘烤等製程設(shè)備。
| 圖3 : 目前在半導(dǎo)體機器人市場，僅次於超潔淨(jìng)環(huán)境下使用的真空機器人，便是在無塵室內(nèi)的晶圓搬運設(shè)備，若搬送距離較長，半導(dǎo)體物料搬運系統(tǒng)便會利用OHT空中走行式搬運系統(tǒng)。（source：static01.nyt.com） |
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臺灣精品出列 搶進半導(dǎo)體設(shè)備市場
均豪精密工業(yè)公司董事長陳政興表示，均豪早在多年前，就把技術(shù)能量從占營收60%的面板產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)嫁到占30%的半導(dǎo)體，其他則是自動化需求。截至今年，半導(dǎo)體占營收比重已接近45%~50%，預(yù)估明年還會超過5成。
在這三年疫情下有挑戰(zhàn)也有機會，因為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)很多投資在臺灣，設(shè)備廠就近供應(yīng)、服務(wù)。過去面板出口大陸約超過60%~70%，今年大陸市場的出貨比重降到45％，臺灣的營收占比則提升到53%，其他2%在日本。均豪在半導(dǎo)體晶圓級、和自動化物流設(shè)備近年有不錯的斬獲，這一塊訂單穩(wěn)健。
這次獲得臺灣精品獎肯定的「濕式蝕刻設(shè)備」，係因應(yīng)G10.5 TFT、G6 LTPS、Mini-LED、Micro-LED、FOPLP等客製化的蝕刻功能與傳送功能要求，和客戶共同開發(fā)完成的新製程蝕刻設(shè)備。本機在設(shè)計初時，即採用節(jié)能環(huán)保相關(guān)元件，精算稼動電力、藥液、純水、CDA用量、排氣通風(fēng)量等設(shè)計需求量，輔以均豪自行開發(fā)的節(jié)能設(shè)計，提供客戶具有節(jié)能減碳的設(shè)備，落實配合客戶大廠提供協(xié)助節(jié)能減碳之解決方案。
在功能性方面，主要系統(tǒng)介面與軟體皆為均豪自行設(shè)計與生產(chǎn)製造，建置客製化人機操作UI介面設(shè)計，提供人員操作的便利性，紀錄各產(chǎn)品參數(shù)的同時，亦可上傳到客戶端系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析。同時結(jié)合AI智能化的運算功能，及製程參數(shù)與產(chǎn)品線寬的大數(shù)據(jù)分析，藉由控制製程參數(shù)，進行健康診斷指數(shù)的監(jiān)控與分析，在完成最佳的耗用量運行設(shè)定的同時，達到全面預(yù)防故障的目標。零組件95%以上均採用臺廠生產(chǎn)，並充分配合政府設(shè)備國產(chǎn)化政策，無論是在創(chuàng)新性、功能性、環(huán)保節(jié)能減碳各面向，均可大幅協(xié)助客戶提升產(chǎn)業(yè)競爭力。
另一家獲得臺灣精品銀質(zhì)獎的大銀微系統(tǒng)「奈米定位平臺N2」，為高階直驅(qū)技術(shù)領(lǐng)先品牌，為了滿足檢測奈米等級產(chǎn)品設(shè)備升級，結(jié)合了大銀多項深耕20多年的核心驅(qū)動與控制技術(shù)，透過軟體方案，提升整體設(shè)備精度。
同時透過高剛性均勻?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，搭配減震基材，實現(xiàn)高穩(wěn)定、奈米級伺服控制水準，將位置穩(wěn)定度提升至± 2 nm，完美呈現(xiàn)機、電、軟體高度整合能力，減少非預(yù)期停機損失。將搭配自動調(diào)適，展現(xiàn)穩(wěn)定運動控制；擁有完整路徑規(guī)畫功能；以優(yōu)異的性能表現(xiàn)與極具競爭力的成本，滿足半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)設(shè)備升級趨勢，符合更多創(chuàng)新發(fā)展需求，成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)設(shè)備的最佳選擇方案。
另有業(yè)者已開始討論將自主移動式機器人（Automation Mobile Robot：AMR），導(dǎo)入後段製程應(yīng)用的可能性，例如可用來執(zhí)行從OHT到Stocker的搬運作業(yè)，若能將每臺AMR單價降至百萬元新臺幣之下，就有可能被嘗試應(yīng)用。
結(jié)語
展望來年，經(jīng)濟部統(tǒng)計處認為，縱使因為全球經(jīng)濟前景不明，導(dǎo)致今年Q4成長動能趨緩，半導(dǎo)體業(yè)者開始調(diào)整延後部分投資計畫，且?guī)齑嫒セ孕枰稽c時間。但明年表現(xiàn)還要看全球景氣變化，只要上半年庫存去化順利，下半年表現(xiàn)仍可期待。今年半導(dǎo)體設(shè)備仍可望續(xù)保成長，連兩年突破千億元產(chǎn)值。
加上還有行政院會已拍板通過俗稱臺版晶片法案的《產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新條例》第10條之2修正草案助攻，係針對技術(shù)創(chuàng)新且居國際供應(yīng)鏈關(guān)鍵地位公司，提供前瞻創(chuàng)新研發(fā)支出25%抵減當(dāng)年度營所稅額；若購置先進製程全新機器或設(shè)備支出，予5%投資抵減率，且機器或設(shè)備支出不設(shè)上限。兩者當(dāng)年度抵減上限不得逾30%、合計抵減總額不得逾當(dāng)年應(yīng)繳營所稅額50%。預(yù)計明年元旦上路後，臺積電及聯(lián)發(fā)科等大廠，可望優(yōu)先受惠。
至於全球半導(dǎo)體產(chǎn)值預(yù)估將在2030年突破兆元，已成業(yè)界普遍共識。以往臺製機器人還寄望能切入中國大陸的半導(dǎo)體製程設(shè)備需求，逐步取代歐、美、日系品牌。但近來則受制於中美貿(mào)易戰(zhàn)持續(xù)，反而不利與陸製設(shè)備競爭，惟期待能藉關(guān)鍵零組件及周邊裝置緩步滲入。同時藉由下而上、以大帶小共塑半導(dǎo)體綠色生態(tài)系。
**刊頭圖（source：i.ytimg.com）
