半導体ファクトリーオートメーション：技術の問題と市場予測

イントロダクション

半導体産業は、その急速な技術進歩と、より高い効率・精度の絶え間ない追求を特徴としています。ファクトリーオートメーション (工場自動化) は、これらの目標を達成する上で重要な役割を担っており、真空ロボットや大気ロボット、自動マテリアルハンドリングシステム (AMHS)、製造実行システム (MES) などの技術が、この変革の最前線にあります。

当レポートでは、半導体製造工場における主要なオートメーション技術について詳細に分析し、半導体の製造工程に対する影響や、新たな傾向、戦略的課題について考察しております。また、半導体工場における自動化導入の促進要因について包括的に調査すると共に、今後の投資・開発の指針となる戦略的予測を提供しております。

半導体ファクトリーオートメーション技術の動向

半導体製造における高度なオートメーション技術の統合は、より高いスループット、より低い不良率、より高い業務効率の必要性によって、業界を再構築しています。真空ロボットと大気ロボットは、この自動化に不可欠なコンポーネントです。真空ロボットは、半導体ウェハー処理チャンバーに典型的な高真空環境で動作するように特別に設計されています。これらのロボットは、デリケートなウエハーを極めて正確に扱い、汚染や物理的ダメージを最小限に抑えます。真空ロボット技術の進歩は、半導体製造において高い歩留まり率を維持するために不可欠な、速度・精度・信頼性の向上に焦点を当てています。

一方、大気ロボットは大気環境で動作し、異なるプロセス・ステーション間のウエハー搬送に広く使用されています。これらのロボットは、クリーンルーム内でウエハーを取り扱うように設計されており、半導体製造における厳しい清浄度要件を確実に満たすことができます。よりコンパクトで機敏な大気ロボットへの動向は、ますます混雑する工場環境においてスペースを最大限に活用する必要性によってもたらされています。真空ロボットも大気ロボットも、その性能と適応性を最適化するために高度なセンサーとAIアルゴリズムを組み込んで、より洗練されてきています。

自動マテリアルハンドリングシステム (AMHS) は、半導体ファクトリーオートメーションにおけるもう一つの重要な技術です。AMHSは、ウエハー、レチクル、消耗品などの材料を工場全体で効率的に移動させる役割を担っています。これらのシステムには、オーバーヘッドホイスト搬送 (OHT) や自動搬送車 (AGV) などのさまざまな自動搬送機構が含まれ、さまざまな処理ステーションへの材料のタイムリーで正確な搬送を保証します。AMHSは、よりインテリジェントなルーティングとスケジューリングアルゴリズムの統合によってより明確に進歩しており、これによってダイナミックな製造環境に適応し、ボトルネックを削減する能力が強化されています。

製造実行システム (MES) は、半導体工場内の複雑なプロセスを編成する上で重要な役割を果たします。MESは、生産活動をリアルタイムで監視・制御し、製造作業が事前に定義された仕様や品質基準を遵守することを保証します。これらのシステムは、様々な装置やプロセスから膨大な量のデータを収集・分析し、プロアクティブな意思決定と継続的な改善を可能にします。より高度なMESソリューションへの動向は、ビッグデータ分析や機械学習の採用という特徴があり、潜在的な問題を予測・防止するためのシステムの能力を強化することで、工場全体の業績を向上させています。

目次

第1章 イントロダクション

第2章 エグゼクティブサマリー

第3章 促進要因

• CHIPS法：米国および世界
• 200/300mmウエハーへのトレンド
• チップ線幅の動向
• 処理ツールの動向
• 自動ウエハー処理の利点

第4章 ソフトウェア

• イントロダクション
• CIMの進化
• 産業におけるMES
  • MES機能
  • MESとERPの統合
  • MES製品

第5章 ハードウェア

• イントロダクション
• 自動化の要素
  • ツール自動化
  • ベイ内自動化
  • ベイ間自動化
  • 統合型輸送システム
• 柔軟な自動化
• 信頼性
• ツールの問題と動向
  • 柔軟なツールインターフェース
  • 真空ロボット
  • 無人搬送車
  • ロボット制御システム
  • 300mmウエハー搬送
  • ミニエンバイロメントとクリーンルームの問題

第6章 市場分析

• 市場の変動要因
• 市場予測
  • 自動搬送ツール市場
  • キャリア輸送市場
  • MESソフトウェア市場

第7章 ユーザーの問題

• 現在の自動化の考え方
• 新しい工場のパラダイム
• 新しい工場の稼働
• 投資収益率の考慮
• 古いパラダイムの8つの症状
• 新しいパラダイムの実践

LIST OF FIGURES

• 1.1. Advanced CIM System
• 3.1. Global Market Share Of Semiconductor Industry By Region
• 3.2. Semiconductor Manufacturing Wafer Capacity By Region
• 3.3. Global Logic Process Technology By Region
• 3.4. National Chip Incentive Programs By Region
• 3.5. Illustration Of Custer Tool
• 4.1. Vertical Integration Of A Semiconductor Fab
• 4.2. MES 4.0 Manufacturing Network
• 5.1. TSMC'S Leading-Edge Fab Costs
• 5.2. Inter & Intrabay (Top) And Unified (Bottom) Transport Systems
• 5.3. Traditional (Left) And Flexible (Right) Automated Material Handling System
• 5.4. Overhead Monorail Delivery
• 5.5. Stocker Design and Interfaces
• 6.1. Semiconductor Equipment Utilization
• 6.2. Revenue Losses from Wafer Defects
• 6.3. Market Shares of Atmospheric Robot Suppliers
• 6.4. Market Shares of Vacuum Robot Suppliers
• 6.5. Worldwide Market Shares of Carrier Transport Suppliers
• 6.6. Carrier Transport Market By Region
• 6.7. Worldwide Market of Shares MES Software Suppliers

LIST OF TABLES

• 3.1. Semiconductor Revenue And Shipments To Region
• 3.2. Semiconductor Fab Plans In U.S.
• 3.3. Semiconductor Fab Plans In China
• 3.4. Semiconductor Fab Plans Outside U.S.
• 3.5. Raw Wafer Overall Supply-Demand And Utilization Rate Analysis By Wafer Size
• 3.6. Foundry Market-Overall Supply-Demand And Utilization Rate Analysis By Wafer
• 3.7. Different Applications' Distribution To 12-Inch, 8-Inch, And 6-Inch
• 3.8. Wafer Metrics By Technology Node
• 3.9. Equipment Needed Per 10k Wpm Of New Capacity
• 5.1. Chip Cost per Node
• 6.1. Three-Year Savings for Automation
• 6.2. Cost of Alternative Automated Systems
• 6.3. Three-year Costs for Alternative Automated Systems
• 6.4. Worldwide Forecast of Automated Transfer Tools
• 6.5. Bill Of Materials For Atmospheric Automation Tool
• 6.6. Bill Of Materials For PVD Vacuum Tool
• 6.7. Process Tool Automation For 300mm Fabs
• 6.8. Worldwide Forecast of Carrier Transport Market
• 6.9. Worldwide Forecast of MES Software

Introduction

The semiconductor industry is characterized by its rapid technological advancements and the constant pursuit of higher efficiency and precision. Factory automation plays a critical role in achieving these goals, with technologies such as vacuum and atmospheric robots, Automated Material Handling Systems (AMHS), and Manufacturing Execution Systems (MES) at the forefront of this transformation. Our report, "Semiconductor Factory Automation: Technology Issues and Market Forecasts," provides an in-depth analysis of these crucial automation technologies, examining their impact on the semiconductor manufacturing process, emerging trends, and strategic challenges. This report is tailored for industry professionals seeking comprehensive insights into the factors driving the adoption of automation in semiconductor factories and offering strategic forecasts to guide future investments and development.

Trends in Semiconductor Factory Automation Technology

The integration of advanced automation technologies in semiconductor manufacturing is reshaping the industry, driven by the need for higher throughput, lower defect rates, and greater operational efficiency. Vacuum and atmospheric robots are essential components of this automation landscape. Vacuum robots are specifically designed to operate in high-vacuum environments typical of semiconductor wafer processing chambers. These robots handle delicate wafers with extreme precision, minimizing contamination and physical damage. Advances in vacuum robot technology are focused on enhancing their speed, accuracy, and reliability, which are critical for maintaining high yield rates in semiconductor fabrication.

Atmospheric robots, on the other hand, operate in ambient environments and are used extensively for wafer transport between different processing stations. These robots are designed to handle wafers in cleanroom conditions, ensuring that the stringent cleanliness requirements of semiconductor manufacturing are met. The trend towards more compact and agile atmospheric robots is driven by the need to maximize space utilization in increasingly crowded fab environments. Both vacuum and atmospheric robots are becoming more sophisticated, incorporating advanced sensors and AI algorithms to optimize their performance and adaptability.

Automated Material Handling Systems (AMHS) are another pivotal technology in semiconductor factory automation. AMHS are responsible for the efficient movement of materials, such as wafers, reticles, and consumables, throughout the fab. These systems include a range of automated transport mechanisms, such as overhead hoist transport (OHT) and automated guided vehicles (AGVs), which ensure timely and accurate delivery of materials to various processing stations. The evolution of AMHS is marked by the integration of more intelligent routing and scheduling algorithms, which enhance their ability to adapt to dynamic manufacturing environments and reduce bottlenecks.

Manufacturing Execution Systems (MES) play a crucial role in orchestrating the complex processes within semiconductor fabs. MES provide real-time monitoring and control of production activities, ensuring that manufacturing operations adhere to predefined specifications and quality standards. These systems collect and analyze vast amounts of data from various equipment and processes, enabling proactive decision-making and continuous improvement. The trend towards more advanced MES solutions is characterized by the incorporation of big data analytics and machine learning, which enhance the ability of these systems to predict and prevent potential issues, thereby improving overall fab performance.

The Need to Purchase This Report

For businesses and professionals involved in the semiconductor industry, understanding the latest advancements and trends in factory automation is essential for maintaining a competitive edge. This report provides a detailed analysis of the technological issues, market drivers, and challenges associated with vacuum and atmospheric robots, AMHS, and MES. By purchasing this report, stakeholders will gain valuable insights into the factors influencing the adoption and implementation of these automation technologies, enabling them to make informed strategic decisions and capitalize on emerging opportunities.

Our report offers strategic recommendations for leveraging automation technologies to enhance manufacturing efficiency, reduce costs, and improve product quality. It includes comprehensive market forecasts, competitive landscape assessments, and an in-depth examination of the key players driving innovation in semiconductor factory automation. Companies looking to invest in or expand their automation capabilities will find this report indispensable for identifying growth opportunities and understanding the competitive dynamics of the market.

In conclusion, "Semiconductor Factory Automation: Technology Issues and Market Forecasts" is an essential resource for industry professionals, engineers, researchers, and business leaders. It provides a thorough exploration of the technological trends and market dynamics shaping the automation of semiconductor fabs, equipping readers with the knowledge necessary to navigate the complexities of this field and capitalize on its potential. This report is designed to inform strategic planning, investment decisions, and the development of innovative automation solutions that will drive future success in the semiconductor industry.

Table of Contents

Chapter 1. Introduction

Chapter 2. Executive Summary

• 2.1. Summary of Major Issues
• 2.2. Summary of Market Forecasts

Chapter 3. Driving Forces

• 3.1. Chips Act-U.S. and Global
• 3.2. Trend to 200/300mm Wafers
• 3.2. Trends In Chip Linewidths
• 3.4. Trends in Processing Tools
• 3.5. Benefits of Automated Wafer Handling

Chapter 4. Software

• 4.1. Introduction
• 4.2. The Evolution of CIM
• 4.3. MES in Industry
  • 4.3.1. MES Functionalities
  • 4.3.1. MES and ERP Integration
  • 4.3.2. MES Products

Chapter 5. Hardware

• 5.1. Introduction
• 5.2. Elements of Automation
  • 5.2.1. Tool Automation
  • 5.2.2. Intrabay Automation
  • 5.2.3. Interbay Automation
  • 5.2.4. Unified Transport System
• 5.3. Flexible Automation
• 5.4. Reliability
• 5.5. Tool Issues and Trends
  • 5.5.1. Flexible Tool Interface
  • 5.5.2. Vacuum Robotics
  • 5.5.3. AGV
  • 5.5.4. Robot Control Systems
  • 5.5.5. 300mm Wafer Transport
  • 5.5.6. Mini-Environments and Cleanroom Issues

Chapter 6. Market Analysis

• 6.1. Market Forces
• 6.2. Market Forecast
  • 6.2.1. Automated Transfer Tool Market
  • 6.2.2. Carrier Transport Market
  • 6.2.3. MES Software Market

Chapter 7. User Issues

• 7.1. Current Automation Thinking
• 7.2. The New Factory Paradigm
• 7.3. The New Factory in Action
• 7.4. Return on Investment Considerations
• 7.5. Eight Symptoms of the Old Paradigm
• 7.6. Putting the New Paradigm to Work