半導體產業機器人應用現況與發展

摘要：當今半導體產業專用機器人，需符合半導體製程要求潔淨度、防塵、重複精度高、耐震度高之特性，晶圓機器人(Wafer Robot)多半搭配週邊設備採購，節省設備整合與測試時間，加快產線升級或擴廠產線；業者與應用商已合作多年，具有一定默契與經驗，已習慣了日系品牌手臂與半導體設備，選用上趨於保守。在臺灣半導體產業後段製程，多以Overhead Hoist Transfer(OHT)進行晶圓搬送，但需空間架設軌道，較應用於標準化製程；近年來，場域中開始講求彈性、靈活性，除了有半導體專用機器人，也開始引進自主移動機器人與協作機器人的半導體廠解決方案，提升半導體產線設備升級。
Abstract：Robots for today’s semiconductor industry need to meet the characteristics of cleanliness, dust prevention, high repeatability, and high shock resistance required by the semiconductor process. Most of the wafer robots are purchased with peripheral equipment to save equipment integration and testing time, and speeding up production line upgrades, or expansion of production lines. The industry and the applicator have been cooperating for many years, and they have a certain understanding and experience, and they are used to Japanese brand arms and semiconductor equipment, and tend to be conservative in selection. In the back-end process of Taiwan’s semiconductor industry, Overhead Hoist Transfer (OHT) is mostly used for wafer transfer, but it requires more space to set up tracks, and it is more used in standardized processes. In recent years, flexibility has begun to be emphasized in the process. In addition to semiconductor-specific robots, it has also begun to introduce autonomous mobile robots and collaborative robots for semiconductor factory solutions to upgrade semiconductor production line equipment.

關鍵詞：晶圓機器人、自主移動機器人、協作機器人
Keywords：Wafer robot, Autonomous mobile robots, Cobot

前言
半導體設備產業一直是我國產業發展重點項目之一，該特定產業應用市場中，半導體專用機器人多半為日商公司，其半導體設備與週邊系統導入已行之有年；然而，隨著產線設備技術升級，除了有專用機械手之外，AMR、協作型也逐步可導入至半導體後段製程，用以提升產線彈性作業。
本文分成三個部分，第一部分為國內半導體製程專用機器人應用，介紹國內半導體產業專用機器人廠商與相關產品應用說明。第二部分為臺灣半導體製程前後段機器人裝置量與預估，了解國內半導體製程前後段機器人市場發展趨勢與變化。最後是，國內半導體整合型機器人應用新趨勢，觀察新推出半導體產業整合型機器人應用解決方案的廠商，探討臺灣相關業者今後可切入半導體產業之機會。
臺灣半導體產業機器人應用發展趨勢與裝置量預估
1.臺灣半導體製程專用機器人應用現況
圖1為臺灣半導體製程專用機器人應用。在臺灣，一般半導體產業應用之專用機器人設備多找尋國內半導體設備業者、系統整合商或是有授權代理的機器人廠商，其中，在半導體產業應用之專用機器人，需符合半導體製程廠要求的潔淨度、防塵、重複精度高、耐震度高的晶圓機器人(Wafer Robot)，其依據環境場域應用可分成大氣機器人(Atmospheric Robot)與真空機器人(Vacuum Robot)，採購多半會搭配週邊設備進行，例如:晶圓傳送設備(EFEM)、晶圓分片機(Wafer Sorter)、晶圓定位器(Aligner)、晶圓承載裝置(Load port)，高空走行式無人搬運車(OHT)，以節省產線設備整合與測試時間，加快現有產線升級或是擴廠產線運作；而該些業者與相關半導體應用廠家合作已有多年，彼此各自之間早已具有一定默契與實際開發場域導入經驗，甚至成為半導體應用品牌業者的長期配合廠商，例如:在工業機器人深耕已超過50年的日商川崎重工業股份有限公司，不僅工業機器人廣為人知，在半導體產業的前段半導體設備中Wafer Robot在全球市占率約5成， 川崎的晶圓機器人Wafer Robot，如圖1右上所示，在臺灣半導體OEM廠經常可見。除此之外，在竹科半導體廠十分常見的日商還有RORZE，在臺灣已設立子公司樂華科技股份有限公司，擁有原廠檢修服務和售後服務，同樣瞄準國內OEM知名大廠。在半導體製程前段的應用，已有相當多日商JEL、RORZE、HIRATA、SANKYO搶攻，且各大日商皆有做成機(也就是EFEM與Sorter整合系統)。因此，至今在半導體產業製程前段導入的專用機器人多為日商品牌。

圖1 臺灣半導體製程專用機器人應用(川崎)

對於國內本土廠商於半導體產業製程前段的切入機會與優勢相對小，多半業務朝向了現有設備升級、保養、維修以及服務，透過代理知名大廠的維修/銷售與老舊設備升級與改機(將部分老舊設備加入感測器、影像以及治具，進行設備軟硬體升級)為主；然而，在半導體產業製程後段封裝測試廠，或許會是臺灣廠商切入之機會。
2.臺灣半導體製程前後段機器人裝置量變化
圖2為全球半導體無塵室應用機械人裝置量變化，根據IFR在2022年10月最新公布數據[1]，其中設備大多安裝在亞洲國家(例如:日本、韓國、新加坡、中國、臺灣…)，在無塵室機器人排名中，以日本(13,344台，約31%)的市占領先，中國(12,372台，約29%)緊隨其後，領先於韓國(6,004台，約14%)、新加坡(2,853台，7%)以及美國(2,790台，7%)。

圖2 全球半導體無塵室應用機械人裝置量變化[1]