Các công nghệ thiết yếu của Daifuku dành cho cơ sở hạ tầng xã hội Cải thiện độ tin cậy và năng suất với Hệ thống dây chuyền sản xuất chất bán dẫn của Daifuku

Xu hướng trong các nhà máy chế tạo chất bán dẫn: Hợp nhất và tăng quy mô

Chất bán dẫn là thành phần thiết yếu được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử hàng ngày như máy tính và điện thoại thông minh. Chúng cũng là một phần quan trọng của các lĩnh vực đang phát triển như công nghệ lái xe tự động, xe điện (EV) và trí tuệ nhân tạo (AI). Các nhà sản xuất chất bán dẫn trên khắp thế giới đang phải tăng năng lực sản xuất để theo kịp nhu cầu ngày càng tăng. Các chính phủ trên toàn cầu đã công bố các chính sách trợ cấp đầu tư trong khu vực, mở đường cho các nhà sản xuất tiếp tục đầu tư vốn mạnh mẽ.

Để đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng tăng, nhiều công ty lớn trong ngành đang củng cố và tăng quy mô cơ sở sản xuất của họ. Việc có các nhà máy chế tạo chất bán dẫn (fabs) được đặt gần nhau thay vì phân tán ở nhiều địa điểm khác nhau giúp giảm chi phí xây dựng và tiết kiệm tài nguyên trong quá trình sản xuất. Hợp nhất cũng tốt cho việc vận hành các thiết bị hiện đại đắt tiền bằng cách giúp các nhà máy khác nhau chia sẻ các thiết bị đó dễ dàng hơn.

Lưu ý đến những xu hướng công nghiệp này, Tập đoàn Daifuku cung cấp nhiều giải pháp khác nhau để đảm bảo không chỉ vận chuyển suôn sẻ trong nhà máy mà còn vận chuyển hiệu quả các tấm bán dẫn giữa các nhà máy được kết nối.

Hệ thống Daifuku cho các quy trình front-end và back-end

Chất bán dẫn được sản xuất trong môi trường phòng sạch, nơi bụi và các hạt trong không khí khác được kiểm soát chặt chẽ. Nguyên liệu silicon thô đầu tiên được nấu chảy để tạo thành thỏi. Thỏi này được cắt mỏng thành các tấm wafer đồng nhất. Các tấm wafer phổ biến hiện nay được cắt thành dạng đĩa có đường kính 300 mm. Tấm wafer sau đó trải qua quá trình quang khắc và khắc hàng chục lần để in các mạch tích hợp lên bề mặt. Điều này được gọi là xử lý front-end. Các quy trình cắt chip từ wafer sau đây và chuyển đổi chúng thành CPU và các sản phẩm khác được gọi là xử lý back-end.

Daifuku cung cấp phương tiện vận chuyển sản xuất chất bán dẫn cho cả quá trình xử lý từ đầu đến cuối thông qua Cleanway, một hệ thống vận chuyển trong phòng sạch sử dụng các phương tiện chạy bằng điện. Trong quá trình xử lý front-end, các tấm wafer được lưu trữ trong một hộp kín gọi là FOUP để giữ chúng sạch sẽ trong khi chúng được di chuyển giữa các thiết bị xử lý khác nhau. Hệ thống Cleanway của Daifuku tự động chuyển tất cả FOUP giữa các thiết bị. Do các đường ray vận chuyển của hệ thống Cleanway được kéo dài trên trần nhà thay vì đặt trên sàn nên có không gian để lắp đặt nhiều thiết bị khác trong phòng sạch, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều nhà máy bán dẫn. Các vật liệu được sử dụng trong bánh xe cũng được thiết kế cẩn thận để giảm thiểu việc tạo ra bụi.

Clean Stocker là thiết bị lưu trữ tạm thời được sử dụng cùng với hệ thống Cleanway. Mặc dù các tác vụ xử lý giao diện người dùng được thực hiện lặp đi lặp lại nhưng thời gian cần thiết cho mỗi thao tác lại khác nhau. FOUP chứa các tấm wafer đang chờ gửi đến quy trình tiếp theo được lưu trữ trong một thiết bị lưu trữ tạm thời ổn định được gọi là stocker. Khi thời gian sản xuất kéo dài hơn và chất bán dẫn trở nên nhỏ hơn, việc đổ đầy khí nitơ vào FOUP để ngăn chặn quá trình oxy hóa ngày càng trở nên phổ biến. Daifuku cung cấp cho các hệ thống khả năng lọc nitơ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng này.

Mặc dù kho lưu trữ FOUP số lượng lớn do người dự trữ cung cấp rất hữu ích nhưng chúng thường nằm cách xa tuyến đường vận chuyển và trong một số cách bố trí hợp lý, việc đi đến và đi từ người dự trữ có thể mất một chút thời gian. Bộ đệm đường bên (STB)—các bệ tiếp nhận được lắp đặt trong không gian mở giữa các đường ray vận chuyển—đang trở thành một giải pháp phổ biến cho vấn đề này. Trong một số trường hợp, việc sử dụng STB có thể rút ngắn khoảng 5 ngày thời gian sản xuất 180 ngày của các CPU mới nhất. Mặc dù thoạt nhìn, việc giảm 5 ngày trong lịch trình sản xuất 180 ngày có vẻ không nhiều, nhưng việc giảm liên tục 3% thời gian giao hàng là một thành tựu đáng kể đối với bất kỳ nhà máy bán dẫn nào muốn tăng hiệu quả và năng suất.

Sử dụng STB cũng giúp góp phần phát triển bền vững. Trong khi việc lắp đặt các kho dự trữ đòi hỏi một khoảng không gian sàn nhất định thì STB sử dụng các bệ treo trên trần nhà, giúp tiết kiệm không gian phòng sạch cho các thiết bị khác và do đó giảm diện tích tổng thể của cơ sở. Vì những lý do này, STB đang trở thành một phương pháp phổ biến để tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả.

Điều hướng giao thông bằng AI

Khi các nhà máy bán dẫn tiếp tục phát triển quy mô lớn hơn, tổng chiều dài của đường ray Cleanway có thể đạt tổng chiều dài hơn 200 km với hơn 10.000 phương tiện vận hành trên đó. Mặc dù quy trình xử lý tấm bán dẫn có trình tự cố định nhưng thời gian để hoàn thành mỗi quy trình có thể khác nhau rất nhiều và điều này có thể dẫn đến ùn tắc giao thông khi các phương tiện tập trung xung quanh một số thiết bị nhất định vào những thời điểm nhất định. Những tình trạng ùn tắc giao thông này làm hạn chế năng suất và Daifuku đã bắt đầu sử dụng AI trong phần mềm điều khiển hệ thống Cleanway để ngăn chặn tình trạng ùn tắc như vậy xảy ra. Cũng giống như hệ thống định vị trong ô tô, AI được sử dụng để xác định tuyến đường tránh tắc nghẽn giao thông, trong đó mỗi phương tiện sẽ được điều hướng đến tuyến đường tối ưu của mình. Trong khi các hệ thống thông thường chọn tuyến đường theo khoảng cách ngắn nhất thì việc áp dụng AI giúp có thể xác định và chọn tuyến đường nhanh nhất có thể một cách linh hoạt, ngay cả khi tuyến đường đó thực sự có khoảng cách xa hơn. Những tiến bộ được mong đợi trong công nghệ AI có nghĩa là nó có tiềm năng lớn để cải thiện hệ thống hơn nữa và Daifuku sẽ tiếp tục khám phá việc sử dụng nó.

Vận hành một cơ sở quy mô lớn 24 giờ một ngày, 365 ngày một năm không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, vì vậy Daifuku không chỉ tận tâm cung cấp phần cứng bền bỉ có thể chịu được việc sử dụng lâu dài mà còn phát triển các hệ thống phụ trợ và cung cấp dự phòng để hỗ trợ hoạt động ổn định và trơn tru.
Ví dụ: hệ thống Cleanway sử dụng hệ thống cấp điện không tiếp xúc HID để giảm thiểu việc tạo ra bụi do sự mài mòn của nguồn điện tiếp xúc gây ra. Hệ thống HID cũng kết hợp các biện pháp dự phòng để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho xe. Các thành phần vận hành hệ thống thiết yếu như bộ điều khiển và máy chủ cũng được chuẩn bị bản sao, đảm bảo hoạt động liên tục ngay cả khi thiết bị gặp trục trặc.

Ngoài ra, trong khi các bộ điều khiển trước đây được lắp đặt tại các điểm giao nhau với đường sắt để ngăn ngừa va chạm giữa các phương tiện thì hệ thống hiện tại sử dụng điều khiển không dây, loại bỏ nhu cầu đặt thiết bị điều khiển. Thông tin được chia sẻ không dây giữa các phương tiện đến gần ngã ba và chỉ sau khi xác định rằng các phương tiện sẽ không va chạm với nhau thì chúng mới được phép tiếp tục. Bằng cách giảm số lượng thiết bị được lắp đặt trên đường ray, hệ thống sẽ tốn ít chi phí hơn, lắp đặt nhanh hơn và sử dụng ít vật liệu và năng lượng hơn, khiến hệ thống trở nên thân thiện với môi trường hơn.

Đáp ứng nhu cầu tự động hóa trong các quy trình back-end

Trong những năm gần đây, nhu cầu tự động hóa trong các quy trình phụ trợ của sản xuất chất bán dẫn ngày càng tăng. Mặc dù trước đây người ta thường cải thiện năng suất thông qua những cải tiến trong quy trình giao diện người dùng, nhưng những tiến bộ trong quy trình phụ trợ, chẳng hạn như cắt wafer và đóng gói chip, cũng rất cần thiết để cải thiện hiệu quả trong các nhà máy. So với các quy trình front-end, các quy trình back-end phụ thuộc nhiều hơn vào lao động thủ công, bao gồm cả việc vận chuyển chip và thường diễn ra bên ngoài phòng sạch, do đó, bằng cách di chuyển đến môi trường sạch sẽ được kiểm soát và tự động chuyển đổi giữa các quy trình, các nhà máy sẽ có khả năng tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn với hiệu suất cao hơn.

Nhu cầu hỗ trợ cho các tấm wafer hình chữ nhật cũng ngày càng tăng. Trong các quy trình giao diện người dùng hiện tại, các mạch thường được nướng thành các tấm silicon hình tròn, nhưng vì các tấm bán dẫn cuối cùng được cắt thành các chip vuông trong quy trình xử lý phía sau nên các tấm bán dẫn không nhất thiết phải có hình tròn. Do đó, việc sử dụng các gói hình vuông giống với sản phẩm cuối cùng hơn đang trở thành một cách phổ biến để ngăn ngừa lãng phí trong các quy trình phụ trợ.
Bằng cách sử dụng công nghệ được phát triển trong việc vận chuyển tấm nền OLED, Daifuku đã phát triển hệ thống vận chuyển FOUP cho các gói ở cấp độ tấm nền (PLP) có khả năng xử lý các tấm nền vuông 600 mm. Thông qua việc thích ứng với các chất nền vuông và các cải tiến hệ thống khác, các giải pháp của Daifuku thậm chí còn mang lại nhiều lợi ích hơn nữa cho hiệu suất của nhà máy bán dẫn.

Sử dụng các văn phòng trên khắp thế giới để phản hồi theo bản địa hóa

Ngoài Shiga Works, nhà máy sản xuất hàng đầu của Daifuku, Phòng Kinh doanh Toàn cầu về Phòng sạch còn có các nhà máy sản xuất tại Trung Quốc, Đài Loan và Hàn Quốc cũng như các công ty con ở Mỹ và Singapore. Mặc dù các bộ phận cốt lõi của thiết bị được gửi từ Nhật Bản nhưng đường ray vận chuyển và các bộ phận khác được thiết kế và lắp ráp tại các nhà máy trong nước. Điều này thường được gọi là “sản xuất địa phương để tiêu dùng địa phương”. Các công ty con địa phương không chỉ tuyển dụng đại diện bán hàng mà còn cả kỹ sư, cho phép giao tiếp chi tiết hơn với khách hàng. Điều này giúp các kỹ sư có thể làm việc trực tiếp với khách hàng, bao gồm cả việc trả lời các yêu cầu và phản hồi mà không cần nhân viên từ Nhật Bản đến tận nơi. Khả năng độc đáo để phản hồi ngay lập tức cho khách hàng là một trong những thế mạnh lớn nhất của Tập đoàn Daifuku và nó giúp tập đoàn có thể kết hợp phản hồi từ người dùng trên khắp thế giới vào thiết kế và phát triển sản phẩm.

Địa điểm sản xuất tại Trung Quốc (trái) và Hàn Quốc (phải)

Shinichi Nakashima

Trưởng phòng, Phòng Kỹ thuật, Hoạt động Kinh doanh, Phòng Sạch
Daifuku Co., Ltd.

Tatsuki Ii

Trợ lý Giám đốc, Bộ phận Thiết kế VHL Phần 2
Nhóm thiết kế giao thông, Phòng thiết kế, Vận hành sản xuất, Phòng sạch
Daifuku Co., Ltd.

Liên kết liên quan

• trang web phòng sạch