產業脈動｜晶圓機器人的市佔統計與發展趨勢

摘要：半導體生產線上，使用電腦控制的自動化已盛行多年。特別是在矽晶圓上做出半導體的前段製程中的自動搬送機與機器人，在製程的串接上發揮了很大的功用。從晶圓倉庫到生產線的搬運、將半成品晶圓從無塵室內的某一製程搬送到另一個製程、或是同樣一個製程內對某一裝置的裝卸載等，甚至是將完成的晶圓搬送到下一個晶圓檢驗製程的搬送作業，均由自動搬送機或機器人，以幾乎完全自動化的方式達成，在半導體製程設備中所使用的晶圓機器人(Wafer Robot)，於晶圓片的移載及傳送，具有相當的重要性，機器人在半導體設備裡是個「重要的配角」。在上述的認知和半導體設備的市場規模研究基礎下，我們以實際訪廠、問卷，以及統計手法得到2017年~2021年臺灣半導體廠前後段製程設備所導入的機器人品牌與數量。除了列出市佔排名外，並提出二個觀點，一是半導體製程設備商為了讓自己的產品更有競爭力，會朝向提供更Total Solutions(整合功能)的解決方案給半導體製造商。二是做晶圓機器人的公司將不只是提供機器人，而是提供成機，也就是EFEM(Equipment Front End Module，設備前端模組)、Sorter(分揀機)一起做，亦即不只單賣機器人，而是將機器人搭配Sorter、EFEM、Aligner(對準器)一起出貨給半導體設備商。
Abstract：In the semiconductor production lines, the use of computer-controlled automation has prevailed for many years. In particular, the automatic conveyors and robots in the process of making most semiconductors on silicon wafers have played a great role in the serial connection of the process. Transport from wafer warehouse to production line, transportation of semi-finished wafers from one process in a clean room to another process, or loading and unloading of a device in the same process, etc., and even transportation of completed wafers. The transfer operation to the next wafer inspection process is completely automated by automatic transfer machines or robots. The wafer robot is used in the semiconductor process equipment for the transfer of wafers. Wafer robots are an "important supporting role" in semiconductor equipment. On the basis of the above-mentioned cognition and market scale research of semiconductor equipment, we obtained the brand and quantity of robots imported by the front and rear process equipment of Taiwan semiconductor factory from 2017 to 2021 through actual factory visits, questionnaires, and statistical methods. In addition to listing the market share rankings, we present two viewpoints. First, in order to make their products more competitive, semiconductor process equipment manufacturers will provide more Total Solutions to semiconductor manufacturers. Second, companies that make wafer robots will not only provide robots, but complete machines, that is, EFEM (Equipment Front End Module), Sorter together, not only selling robots, instead, the robot is shipped with Sorter, EFEM, and Aligner to semiconductor equipment manufacturers.

關鍵詞：晶圓機器人、設備前端模組、大氣機器人
Keywords：Wafer robot, Equipment front end module(EFEM), Atmosphere robot

應用於半導體生產的機器人市場規模
圖1是應用於半導體生產的機器人市場規模，2020年為8.1億美元，預估2025年將達10.3億美元。這裡的機器人指的是真空機器人(Vacuuum Robot)、大氣機器人(Atmosphere Robot)、EFEM (Equipment Front End Module,設備前端模組)、真空傳輸平台；它們都是潔淨室等級的機器人。以2020年的710億美元的全球半導體設備市場規模(含晶圓製程、晶圓廠設施和光罩設備、後段組裝、封裝和測試)來說，機器人約佔8.1億美元，所佔比例雖然小，但是晶圓(Wafer)製作成大大小小的晶片需要經過許多複雜的製程，當中非常依賴機器人快速而準確把晶圓運送到各個製程點，機器人在整個半導體設備裡是個重要的配角。在8.1億美元的市場規模裡，又以真空機器人(用於超潔淨環境下的機器人)所佔為多，原因是半導體製造的真空強度增加，在這裡能運作的機器人，除了潔淨度之外，關鍵就是它需要可在真空環境中動作的特殊馬達，日本YASKAWA馬達是這個領域的佼佼者。
無塵室內的晶圓搬送，若製程間搬送距離較長，會利用磁浮引擎的天花板搬送系統OHT (Overhead Hoist Transfer,空中走行式無人搬運車)、OHS (Over Head Shuttle,空中無人搬運車)、OHCV (Over Head conveyor,空中自動搬運)、MR (Mobile Robot,移動機器人)，以確保高速傳輸的同時，可把揚塵、震動、噪音的問題降至最小。在晶圓輸送系統上，日本廠商Daifuku、Murata Machinery都是主要的業者。而晶圓搬運用的機器人，主要業者有KAWASAKI、SANKYO、Genmark、RORZE、JEL、YASKAWA；這些品牌的機器人已常見於半導體的前後段製程，晶圓搬運用機器人主要的特色為潔淨度、耐震、高精度，特別是在半導體元件微小化趨勢下的潔淨度。
半導體物料搬運系統產品如：OHT、OHS、OHCV、MR、潔淨自動化立庫、光罩潔淨立庫等，這些無塵室自動化產品應用在半導體晶圓生產線上。機器人在半導體製程中，約40%的應用是在蝕刻製程、36%用在沉積製程、24%用在光刻、離子注入、化學機械研磨、濕法工藝等。

圖1 應用於半導體生產的機器人市場規模(全球)
資料來源：SEMI(2022/03)[1] 工研院產科所重製