半导体生产系统的春天来了

半导体产业纵横

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· 2021.11.30

长久以来,半导体生产系统一直被国外垄断,国内无法冲破壁垒。现在,高墙出现裂隙,场面正在改变。

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半导体生产系统的春天来了

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图片来源@视觉中国

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文 | 半导体产业纵横

本月22日,赛美特发生工商信息变更,新增A+轮融资,投资方为华为哈勃, 金浦和红土投资。官方信息披露,赛美特自主研发的纯国产CIM(Computer integrated manufacturing,计算机集成制造)系统,已成功上线青岛某12英寸晶圆厂。无独有偶,本月上旬,CIM公司哥瑞利软件(Glorysoft)同样完成3亿元人民币C轮融资,用于CIM研发。

暴露在闪光灯下的两家公司为中国半导体行业提醒了另一个市场的存在和发展:生产制造系统。

高墙被谁而筑

中金公司曾在一份报告中称,中国工业产值占全球28.4%,但当前中国工业软件市场仅占全球5.7%。

集成电路需要非常严格的制作流程和繁杂工艺,对一个规模化工厂来说拥有一套生产控制管理系统极其重要,这是品控和车间管理的重要组成部分。与提供企业资源管理的ERP不同,MES(Manufacturing execution system)前序环节为ERP,后续环节为集成服务,MES串联了中间的制造过程,是生产环节的大脑。其中的CIM又专注于生产计划和控制,多数有MES的工厂也都配置CIM。因此,CIM经常与MES列在一起,代表了半导体制造管理的软件技术。

传统半导体MES的功能模块。来源:哥瑞利

一个常见的MES系统需要支持生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析以及网络报表管理,来自工艺、设计、操作、管理人员普遍需要查看和并且维护。

市场上成熟的MES产品都是针对晶圆生产。国外双雄强势,国内小厂各自为战,共同组成了现如今MES的市场环境。

MES作为一个概念在上世纪90年代提出,半导体是MES早期进行验证的行业之一。中国台湾地区引入MES的概念较早,因此台积电等早先采用了MES的概念。后来随着大陆地区半导体增长,中芯国际等引领了大陆地区的MES使用浪潮。

半导体的MES系统起初是由设备供应商提供的。Consilium 、Brooks Automation是最早一批提供半导体MES的公司。70年代时,consilium利用低价竞争成为MES最大供应商。90年代,Promis取代consilium成为第二大供应商。 

但是后来,两个公司均被应用材料收购。应用材料公司本身是全球重要的半导体设备商, 1998年,应用材料收购了Consilium(旗下产品有FAB300、Workstream)。2006年,应用材料继续收购Brooks的子公司brooks software(旗下产品有PROMIS和Factoryworks)。这四大产品极大丰富了应用材料的方案池,也让应用材料成为全球当之无愧的半导体MES霸主。英特尔和三星曾短暂接触和使用了Factoryworks,但在MES上的话语权无法与应用材料匹敌。

以业界广泛使用的FAB300为例,根据Datasheet显示,FAB300部署在主要的300mm和200mm半导体设施中。

FAB300功能与工作流。来源:应用材料公司

进入21世纪后,专门的MES系统提供商开始出现,比如IBM,提供了SIView的解决方案。SIView可能是目前唯一可以与应用材料一较高下的半导体MES系统。

SIView在产品生产是链接ERP和客制化的环节。来源:IBM 

SIView的硬件架构。来源:IBM

12英寸晶圆是目前产能最大的类型,IC Insights预测今年12英寸晶圆全球产能会占到71%。目前,国际上绝大部分的12英寸晶圆的生产系统由应用材料公司和IBM提供。4-8英寸晶圆厂则多使用PROMIS。现阶段,应用材料和IBM成为半导体MES领域两大绝对霸主。

由于半导体行业自动化程度比较高,所以各个公司都会配备相应的MES系统。但是有一些公司仍然在使用自己开发的MES系统,而大部分已经趋向于购买专门的MES软件,成为一种趋势。

由于MES购置周期很长,企业在购买后短时间内不会更换系统,这给刚刚崭露头角的国产公司造成不小障碍。但是,在不断扩大的中国半导体市场前提下,自研MES在国内也有了不小的起色。

国产走出狭路

提到国产半导体MES,就绕不开上扬软件,成立于2001年的上扬软件是国内最早研究MES系统的一批公司。本月2日,上扬软件完成了数亿元C2轮融资。今年5月,华为哈勃同样入股上扬软件,认缴8%股份。

myCIM是上扬软件在半导体领域的主要MES产品,拥有产品工艺规划(PRP)、花篮管理(CMS)、工艺菜单管理(RCP)等模块。myCIM从最初的1.0版本进化为最新4.0版本。myCIM4.0攻入12英寸晶圆市场,弥补了国内12英寸晶圆MES系统产品空缺。

myCIM的硬件架构。来源:上扬软件

上扬软件公司官网显示,公司MES产品覆盖了半导体衬底材料、前道晶圆制造、后道封装测试在内的多个环节。2000年时,上扬软件为绍兴华越微电子有限公司开发的5英寸晶圆厂MES,华越在当年上线使用了这套系统,后来这套最初的国内MES系统被上海新进半导体6英寸产线引入,自此,上扬软件的这套系统成为首先完成完全商品化的MES软件之一。目前,上扬软件的MES软件已经被中芯国际、士兰微、华虹、格科微、华天等公司使用。

来源:上扬软件

除了较早耕耘中国市场的上扬软件,近年来许多初创企业也注意到MES的市场风向。2018年成立的无锡芯享科技便是其中之一,今年年初,芯享科技完成了近亿元A轮投资,距其pre-A轮融资只过去了半年。这家无锡的公司产品有MES、CIM、EAP等,客户主要类型为晶圆厂、封测厂。

芯享科技的MES以生产执行为核心,通过生产计划等链入企业管理系统,同样可以支持8英寸、12英寸的晶圆厂客户。据其官网显示,芯享科技MES的客户有SK海力士和华虹等。

芯享科技MES架构图。来源:芯享科技

新近获得融资的赛美特于2020年并购成立,合并了 “特劢丝软件”,“Semi Integration“和“深圳微迅信息科技”三家半导体企业,华为哈勃增资后成为其第三大股东。赛美特在上海成立了专门的MES事业部,官网介绍到客户有SK海力士、三星、紫光等。

哥瑞利成立于2007年,专注于平台系统研发,近年来在MES上成果浮现,并且开始并购扩张。在本次3亿元融资前,曾在2018年获得了中电海康的天使轮融资,去年,哥瑞利完成B轮融资,中芯聚源等投资机构参与。哥瑞利的客户包括华天、中芯国际等半导体企业。

除了上述公司,国内软件公司也研发了半导体MES产品,比如华磊迅拓、乾元坤和等。这些公司普遍以第三方开发服务起家,在与专业的半导体MES大厂比较时仍然有行业适配上的差距。

随着智能化、精益制造发展,MES等系统软件在晶圆厂的重要性更是日益凸显。国产MES系统能否突围,打破应用材料和IBM的垄断,对国产芯片制造有着重要的意义。目前,以云化SaaS的方式提供轻MES产品同样成为一种趋势,但是云MES是否符合半导体行业的特点更需要市场的验证。

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