半导体晶圆传输设备（Sorter/EFEM）行业全面解析与展望
行业及产品介绍
（一）行业背景
半导体芯片的制造流程极为复杂，技术要求极高，且生产工序繁多，多达上千道。随着科技的不断进步，市场对半导体芯片的生产技术提出了更为严苛的要求，这进一步催生了半导体自动搬运设备行业的崛起。该行业主要包含两大领域：半导体自动物料搬运系统（AMHS）和晶圆传输设备。接下来，我们将深入剖析这两者的异同。
表1：半导体搬运设备行业概念解析
AMHS主要负责在车间之间或车间内部搬运晶圆容器（FOUP），而晶圆传输设备，作为一个单一的模块，专注于设备内部晶圆片的传输和搬运。本文将深入探讨晶圆传输设备的行业背景、市场规模及竞争状况。
（二）Sorter简介
当前，晶圆传输设备主要分为Sorter和EFEM两大类别。Sorter，作为一款晶圆分选设备，能够自动传输单片或批次的晶圆，主要服务于半导体前端大硅片生产厂、晶圆厂以及后道封装厂。其核心组件包括晶圆运输机器人、OCR系统、PA、装载平台、FFU等电子部件。其中，机器人作为最关键的部分，占据了产品成本的约30%。借助机器人和高速直线走行轴，Sorter可实现高效传输，并与OHT/AGV进行手动或自动对接。其内部气流导向结构确保了晶圆传输过程中的内部空间洁净度，达到ISO Class 1级别。
（三）EFEM简介
EFEM，即半导体设备前端模块，扮演着连接物料搬运系统与硅片处理系统的关键角色。它确保晶圆在高度洁净的环境下，能够顺畅地传输至工艺和检测模块，因而成为半导体设备不可或缺的组成部分。EFEM的结构与Sorter相似，但其主要任务是与主设备协同工作，因此主要服务于主设备商，如北方华创、中微半导体以及中电科等。
作为半导体生产设备的一部分，EFEM内部集成了化学蒸汽过滤器、空气过滤器、离子发生器等多重关键组件。其中，晶圆装载系统、晶圆运输机器人以及晶圆对准装置是EFEM的核心部件，它们共同占据了整机物料成本的大约70%。值得注意的是，目前这三大核心部件的市场主要由美日供应商，如Brooks、Rorze、MGI以及安川等公司所占据。
此外，针对某些需在真空环境中作业的主设备，传片机需具备更高的洁净度和更强的稳定性。为此，专门设计了适用于此类环境的晶圆真空传送腔室，简称VTM。其价格相较于普通EFEM高出4至5倍，大约在400至500万人民币之间。
接下来，我们将深入探讨EFEM和Sorter的详细结构。
这两种设备的内部结构和系统主要分为三个核心模块：微环境功能模块、自动化功能模块以及软件模块。
首先是微环境功能模块，它确保晶圆在传输过程中所处的内部空间洁净度达到ISO Class 1级别。该模块涵盖了化学蒸汽过滤器、空气过滤器、离子发生器等关键部件，虽然离子发生器目前仍被国外厂商主导，但其他部件已实现国产替代。
其次，自动化功能模块涉及到众多核心部件，如晶圆传输机械手、晶圆对准装置等，这些部件大多被国外厂商占据市场领先地位。其中，晶圆传输机械手和晶圆对准装置不仅技术难度最高，也是国内厂商自主研发的重点。
最后是软件模块，它负责控制传输机械手的运作、检测及校准晶圆对准装置等任务。软件控制系统对设备的可靠性、精度和效率至关重要，因此也是国产化研发过程中的关键环节。
接下来，我们将深入探讨EFEM和Sorter的产业链情况及未来发展趋势。虽然Sorter作为独立设备存在，但其结构与EFEM高度相似，且常与主设备协同工作，因此，在此我们主要聚焦于EFEM这一关键半导体零部件的产业链及其发展动向。
半导体零部件，作为半导体行业的核心支柱，涵盖了众多关键组件。其中，密封圈（O-Ring）、传送模块（EFEM）、射频电源（RF Generator）、静电吸盘（ESC）、硅环等结构件（Si）、真空泵（Pump）、气体流量计（MFC）以及喷淋头（Shower Head）等，都是不可或缺的组成部分。这些零部件的性能和质量，直接影响到半导体设备的运行效率和产品质量。
半导体设备是由众多零部件精细构成，这些零部件的性能、质量和精度对设备的可靠性与稳定性产生直接影响。因此，半导体设备零部件必须满足半导体设备及技术的严格需求，在材料选择、结构设计、工艺制造以及品质控制等方面都达到高标准。
市场潜力
晶圆传输设备，如Sorter和EFEM，常与主设备一同部署，特别适用于高度自动化的半导体生产线。随着半导体工艺的不断进步，对设备的需求和自动化程度也在不断提高。目前，12英寸晶圆厂已成为最先进的集成电路生产线，这也正是晶圆传输设备的主要应用领域。
尽管我国8-12寸晶圆厂的前道设备数量已颇为可观，但12寸晶圆厂的前道设备国产化率尚不足20%，这为国产替代带来了巨大的市场空间。同时，下游厂商的扩产周期也直接决定了半导体设备及零部件的需求。据华夏幸福产业研究院2019年底的数据显示，近四年来，我国已有10条新投产的12英寸产线，总投资额高达3200亿元；同时，还有14条产线正在建设之中，总投资约5100亿元；更有23条规划中的产线待建，预计总投资将达到5000亿元。此外，浙商证券研究所2022年的统计数据还显示，中国大陆在2022-2025年间，12寸晶圆厂将面临15万片/月的产能缺口。考虑到未来可能出现的扩产不及预期和产能利用率不足等挑战，保守估计这期间的潜在扩产产能将达到100万片/月。
（一）Sorter市场空间测算：
每12寸晶圆厂每1000片/月的产能大约需要一台Sorter，以此推算，在2022至2025年的四年间，随着100万片/月的产能扩产，Sorter的需求量将达到约1000台。若每台Sorter的单价按100万人民币计算，那么这四年的需求量将超过10亿元人民币，年化市场规模约为5亿元。
此外，其他如硅片制造、bumping、晶圆级封装以及6-8寸线的自动化改造等领域的需求也不容忽视，预计这些领域的年市场规模将达到2亿元左右，与Sorter的市场需求相加，总计年市场规模将达到约5亿元。
（二）EFEM市场空间测算：
同样基于扩产节奏的估算，12寸晶圆厂每5万片/月的产能将需要1000台加工设备（配套EFEM），这意味着在2022至2025年期间，EFEM的总需求量将达到20000台。假设每台EFEM的单价约为100万人民币，那么这四年的总体市场规模将高达200亿元，年化市场规模约为50亿元。
表2 Sorter/EFEM市场空间测算汇总（基于12寸晶圆厂扩产计划）
竞争态势
晶圆传输设备在半导体制程与检测中扮演着举足轻重的角色。当前，高端机型市场主要由国外供应商占据，诸如美国Brooks、日本Rorze以及日本Hirata等。然而，随着半导体设备与部件的国产化趋势日益明显，国产晶圆传输设备如Sorter和EFEM也迎来了空前的发展机遇。新松、果纳、泓浒、广川等国内设备厂商正积极投身于这一领域，依托品质、交货速度及服务来稳固市场地位，力求实现国产替代。
在自主研发道路上，为避免沦为国外技术的简单“搬运工”或“集成商”，国内厂商正全力攻坚晶圆装载系统、运输机器人以及对准装置等核心部件，同时在软件领域进行深入探索，致力于解决关键技术难题，填补国产零部件行业的技术空白。
表3 Sorter/EFEM国内外厂家简介
观点
随着半导体工艺的持续进步，大尺寸硅片的生产已成为行业趋势。这自然推动了半导体设备需求的增长，以及对更高自动化水平的需求。在当前的国际形势下，尤其是中美之间的半导体摩擦，晶圆传输设备（Sorter/EFEM）作为半导体制程和检测中的核心环节，正受到下游晶圆厂和封测厂等扩产需求的强劲拉动，迎来了国产替代的黄金发展期。然而，目前高端的Sorter/EFEM机型仍被美国Brooks、日本Rorze、日本Hirata等国外供应商所占据。国内厂商正全力以赴地攻克核心部件和软件的技术难题。值得一提的是，国内领先企业已在机器臂控制技术、半导体晶圆洁净传送技术、晶圆传送模块化集成及分布式控制技术，以及半导体用机器臂的检测与校准技术等方面取得了显著进展。这些突破预示着国内厂商有望在未来实现零部件和软件的自主研发，从而真正实现晶圆传输设备（Sorter/EFEM）的全链条国产化。
