Đài Loan động đất

7 giờ 58 phút sáng ngày 3 tháng 4 năm 2024 Đài Loan nếm trải trận động đất mạnh 7.2 độ richter, hiện ước tính 13 người chết và một trăm người bị thương vì đá lở, có người bị mắc kẹt
TSMC, UMC và những công ty đúc linh kiện bán dẫn lớn ở Đài Loan thông báo rằng ảnh hưởng tài chính là thấp
năm 1999 trận động đất gây thiệt hại những công ty công nghệ Tân Trúc đã rùm beng truyền thông thế giới

Động đất 921
tháng 9 năm 1999 trận động đất mạnh 7.3 độ richter đánh vào huyện Nam Đầu giết hại 2400 người và làm bị thương 11000 người nữa; thiệt hại nặng thứ nhì lịch sử Đài Loan, chỉ sau trận động đất mạnh 7.1 độ richter ở Đài Trung tháng 4 năm 1935 giết hại 3200 người và làm bị thương 12000 người khác, phá huỷ 5 vạn ngôi nhà
trận động đất năm 1999, TSMC báo cáo thiệt hại 17000 đĩa wafer đang bên trong thiết bị xử lý, bằng một nửa sản lượng hằng tháng; những hãng bán dẫn khác đã không đưa ra số liệu wafer thiệt hại
năm 1999 nhu cầu silic TSMC tăng 40% so với năm trước, động đất đã gây thiếu hụt máy tính cá nhân và đồ điện tử ở Mỹ và Nhật Bản
năm 1999 TSMC chiếm 7% thị phần mạch tích hợp thế giới, trận động đất gây thiệt hại ngành linh kiện bán dẫn Đài Loan là 10 tỷ đôla Mỹ, tương đương 18 tỷ đôla thời giá hôm nay

Fab
năm 1999 những xưởng fab của TSMC và các hãng chế tạo linh kiện bán dẫn Đài Loan có cấu trúc hai-vỏ [double-shell]; bên ngoài là vỏ fab, một cấu trúc một tầng có những giàn [truss] mái dài [long span roof], giúp mái được xây dựng để che rộng, mà không cần chống đỡ ở phía trong

bên trong vỏ fab là một cấu trúc nhiều tầng, làm từ bê tông cốt thép; phòng sạch ở tầng trên, một fab-phụ sạch thứ hai ở dưới sẽ chứa thiết bị hỗ trợ

một lớp đệm không khí [air gap] giữa vỏ fab và cấu trúc bên trong, để che chở phòng sạch khỏi những vi-rung-chấn [micro-vibrate] đến từ gió bên ngoài

cấu trúc hai-vỏ nằm trên một móng bê tông dày 2-3 mét để giảm thiểu rung chấn của ô tô đi qua hoặc công trình xây dựng gần đấy; có thể cắm cọc [pile] xuống đất để chống đỡ

việc xây dựng chỉ chiếm 3-5% tổng chi phí xưởng fab, trong khi 75-80% để mua thiết bị bên trong

Rung chấn
năm 1999 động đất có chấn tâm [epicentre] cách công viên khoa học Tân Trúc chỉ 100 km, gia tốc nền cực đại [PGA peak ground acceleration] đo ở mức 0.1 đến 0.15 lực G
tháng 4 năm 2024 chính phủ Đài Loan đo thấy động đất ảnh hưởng Tân Trúc ở PGA là 0.14 lực G, tức là 140 cm mỗi giây; PGA ở Đài Nam có phức hợp sản xuất lớn của TSMC chỉ 25 cm, tức là 0.025 lực G

An lành
năm 1999 động đất ít gây thiệt hại công trình, ngoài trừ một nhà máy ở Tân Trúc nằm trên một lòng hồ cổ xưa; hầu hết nứt gãy nhỏ của những tấm lát [tile] bên ngoài, cũng như nứt gãy ở tường bên trong
bên trong cấu trúc, ước tính lực gia tốc cần thiết để di chuyển một thiết bị thông thường nằm trên tầng phòng sạch sẽ được đo PGA ở mức 0.2 lực G; cho thấy chỉ lực ma sát cũng đủ giữ hầu hết những công cụ đứng yên, không cần cố định [anchor]
báo cáo quan sát cho biết hầu hết các công cụ đã không được cố định [anchor] ngoài trừ những công cụ có chứa chất hoá học độc hại
vì phòng sạch nằm trên một cấu trúc bê tông nhiều tầng, rủi ro rung chấn sẽ tăng như đồ chơi rút gỗ

chưa kể rủi ro thiệt hại thứ cấp, vì xử lý wafer cần sử dụng chất hoá học độc hại như axit hydro florua và sulfuric, rò rỉ sẽ nhiễm bẩn phòng sạch; những cơ sở bán dẫn hiện đại có những hệ thống dừng [shut down] những đường ống khi phát hiện rung chấn bất thường [unnatural]
có một số báo cáo rằng những công cụ khắc [etch] ướt, căn bản là những bể chất hoá học để nhúng đĩa wafer vào để khắc axit [etch], đã bắn tung toé chất hoá học lên khi động đất rung chuyển; những chất lỏng bắn ra đã chảy vào hệ thống xử lý chất thải
có báo cáo rằng những máy phun [sprinkle] ngừng hoạt động ở một nhà máy ở Tân Trúc, không rõ công ty nào, đã huỷ hoại một máy in thạch bản ánh sáng và làm hư hại một máy khác

Lò nung khuếch tán dọc
những lò khuếch tán, giúp pha tạp linh kiện silic, thường sử dụng ở công đoạn pha tạp của tiến trình sản xuất linh kiện bán dẫn; "dọc" tức là lò được đứng dọc, tạo điều kiện để xử lý những mẻ [batch] đĩa wafer cùng lúc; có thể cao đến 3 mét
năm 1999 đến 99% những lò khuếch tán dọc bị động đất gây thiệt hại; thiệt hại được định nghĩa là thiệt hại ống silica, lệch vị trí [position gap] hoặc đĩa wafer rơi khỏi những cái kẹp [securing]; những lò khuếch tán dọc rất cao và mỏng, cho nên nhạy cảm với rung chấn

năm 2013 công ty xây dựng Taisei Corporation báo cáo đã lắp đặt một công cụ cô lập sóng địa chấn, để khắc phục; căn bản như một hệ thống bóng-lăn-trên-đường-ray đặt bên dưới dãy những thiết bị lò nung

lò sẽ lấy khí và điện từ một hệ thống thứ cấp ở bên dưới sàn, cho nên hệ thống cô lập địa chấn, bao gồm một hệ thống đường ống [pipe] linh hoạt là để đảm bảo những kết nối ở bên dưới sàn sẽ không bị gãy

năm 2013 TSMC thông báo một nghiên cứu tình huống, rằng đã lắp đặt một nền tảng cô lập địa chấn, tương tự cho những công cụ lò nung dọc của hãng

Stocker
năm 1999 động đất khiến nhiều đĩa wafer rơi ra khỏi stocker và FOUP; những đĩa wafer công-việc-đang-tiến-hành [WIP work-in-progress] không đi loanh quanh xưởng fab một cách 'tơ hơ' [expose], mà được đóng hộp trong những giỏ [pod] gọi là "hộp chứa có cửa mở ở mặt trước" [FOUP front opening unified pod]

khi đợi bước xử lý tiếp theo, những wafer và FOUP được để trên những giá dọc [shelf] gọi là những stocker thường cao 4-5 mét và làm từ nhôm

kinh nghiệm động đất năm 1999 khiến nhiều hãng sản xuất đã lắp đặt những nút chặn [stopper], niềng [brace] và bộ giảm xóc [damper] để cố định [secure] những stocker
tháng 2 năm 2016 động đất 6.4 độ richter có tâm chấn ở Cao Hùng, chỉ rộng 23 km nhưng không xa những fab ở Đài Nam; vì gần gũi [proximity] với những fab chính của TSMC, động đất Đài Nam đã làm chậm trễ 12 vạn đĩa wafer ở Fab 6 và 12A muộn mất 10-50 ngày
trong trận động đất ấy, những fab đã nếm trải PGA là 0.3 lực G nhưng vì những stocker cao được đóng đinh xuống mặt sàn nên những FOUP nếm trải những lực gia tốc gấp đôi; những đĩa wafer đã va đụng và một số bị rơi ra
nghiên cứu mới đã khuyên rằng nên lắp đặt những bộ giảm xóc ở gần đỉnh của stocker, thay vì đặt giữa những giá [shelf] lân cận, như trước đó đề xuất; không rõ TSMC có làm theo không
năm 2017 nghiên cứu tình huống đã cho thấy TSMC đã củng cố những tháp stocker bằng cách bổ sung những nút chặn

Bộ giảm xóc
năm 1999 động đất cho thấy TSMC và những công ty khác cần nâng cấp những fab cũ; khó khăn vì sàn fab-phụ đã đầy thiết bị, hạn chế không gian cho thiết bị mới
chưa kể, việc nâng cấp sẽ không được ảnh hưởng việc sản xuất bán dẫn đang diễn ra; không thể dừng dây chuyền sản xuất, không thể sử dụng khí [gas], hàn; và phải tránh tạo ra những hạt bụi
những kỹ sư TSMC sử dụng những bộ giảm xóc nhớt [viscous] là những pít tông thuỷ lực, được lắp vào khoảng trống giữa vỏ fab và cấu trúc bên trong
động đất, bộ chống rung nhớt sẽ hấp thụ năng lượng địa chấn, xua tan nó; mô phỏng máy tính những trận động đất có PGA 0.3 lực G đã cho thấy giảm áp lực lên những bệ đỡ [support] và giảm lực tăng tốc của sàn phòng sạch đi 20%
tuy nhiên, được cảnh báo rằng bộ giảm xóc sẽ không tác dụng nhiều nếu động đất qúa mạnh, đặc biệt nếu mạnh hơn động đất mà hệ thống đang được thiết kế cho
những xưởng fab bán dẫn mới sẽ được xây sau này, có thể xây với những công nghệ chống-địa-chấn hiện đại; ví dụ nâng sàn để bổ sung một khoảng không để cô lập địa chấn, và đường ống nổi [floating pipe] xua tan năng lượng địa chấn xuống nền đất; đã miêu tả trong nghiên cứu tình huống năm 2017 của TSMC

Cảnh báo sớm
năm 1986 sau động đất ở Hoa Liên, Đài Loan đã phát triển 3 mạng lưới cảm biến động đất nằm khắp đảo, quản lý vận hành bởi những tổ chức chính phủ và liên kết trường đại học
TSMC có thể đã áp dụng mạng lưới được gây dựng bởi Trung tâm quốc gia nghiên cứu về động đất [NCREE] ở Đài Bắc

khi động đất xảy ra, những sóng địa chấn sẽ đi ra từ tâm chấn, như những gợn sóng trong ao; những sóng chính P-wave [primary] có cường độ thấp, sau đó những sóng thứ cấp S-wave[ secodary] là những sóng âm bề mặt lớn, chậm hơn sóng chính nhưng mạnh hơn
sóng âm bề mặt [SAW surface acoustic wave] đã góp phần hiểu biết thuở đầu trong nỗ lực khoa học đã giúp thiết kế những bộ lọc tần số vô tuyến [RF radio frequency filter
mạng lưới cảnh báo sớm ở Đài Loan có hàng chục trạm, đo lường PGA trong 1-3 giây và gửi tín hiệu đến máy chủ trung tâm; máy chủ sử dụng một thuật toán để xác định liệu có phải động đất và gửi cảnh báo
sóng âm có thể di chuyển 80 km trong 15-20 giây; nếu hệ thống cảnh báo sớm hoạt động như thiết kế, nó có thể cho con người và xưởng fab 3-17 giây cảnh báo trước, tuỳ thuộc vị trí tâm chấn
ban đầu chỉ dành cho trường học Đài Loan, năm 2015 TSMC lắp đặt hệ thống cảnh báo sớm và đã giúp ích trong trận động đất tháng 2 năm 2016
tháng 4 năm 2024 động đất đã không kích hoạt hệ thống cảnh báo sớm, tác giả ở Đài Bắc đã không nhận được thông báo điện thoại

Thiệt hại thực tế
năm 1999 động đất gây thiệt hại tài chính chủ yếu vì làm gián đoạn điện vận hành những xưởng fab, do hậu quả động đất và dư chấn; những tuần sau, chính phủ Đài Nam đã vất vả khôi phục điện ở Tân Trúc, bất chấp rằng công viên khoa học được ưu tiên nhà nước về điện lưới hơn khu vực dân cư
cắt điện đã gây ra sang áp [voltage sag] cho thiết bị in thạch bản DUV trị giá 50 triệu đôla
ngày 1 tháng 1 năm 2000 TSMC ngừng sản xuất vì lo ngại sự cố Y2K sẽ gây cắt điện
sau động đất, gián đoạn điện lưới đã tiếp diễn thêm 2 tuần; mặc dù những xưởng fab đã xây dựng những biện pháp khẩn cấp cho "sang áp", những cách ấy không được thiết kế để cấp điện những xưởng fab được lâu dài
cắt điện, nhân viên xưởng fab phải chờ có điện trở lại thì mới tìm hiểu được tình hình; wafer WIP phải được đánh giá và vứt bỏ; mất 2-3 ngày nữa để sửa chữa và hiệu chuẩn lại [recalibrate] máy móc
95% thiệt hại của 10 tỷ đôla không phải hư hại vật lý đến thiết bị và cơ sở, mà là mất doanh thu từ suy giảm hạ tầng và gián đoạn kinh doanh
năm 2024 công ty điện lực Taipower đóng cửa 4 nhà máy điện để kiểm tra, theo đó cắt điện nửa đông của đảo; ở nửa tây, điện lưới vẫn duy trì, có thể nhờ mới xây dựng điện mặt trời và điện gió

Kết
tờ báo Nikkei châu Á đăng gợi ý về công việc cần thiết để đưa dây chuyền trở lại hoạt động: thanh tra những wafer, kiểm tra những máy móc, vận hành những quy trình
sẽ mất vài tuần trước khi mọi thứ trở lại bình thường, cần tất cả mọi người cùng tham gia; truyền thông Đài Loan đăng tin rằng bãi đậu xe không còn chỗ trống cho đến đêm muộn, theo sau hậu quả động đất
tháng 4 năm 1934 động đất có dư chấn 6.0 độ richter đánh vào Tân Trúc, người Đài Loan không xa lạ gì với thảm hoạ tự nhiên động đất, biết những kỹ thuật để ameliorate nó