Максимизация выходного коэффициента полупроводников с оптимизированными сплавными решениями

Повышение выходного коэффициента полупроводниковой фабрикации с оптимизированными материалами

Масрур Малик, менеджер по рынку полупроводников, Swagelok, и Шелли Танг, ведущий главный металлургический инженер, Swagelok

Быстрая инновация — необходимость в высококонкурентном полупроводниковом ландшафте. Большая часть современного мира зависит от разработки все более мощных чипов, использующих все меньшие и меньшие транзисторы для генерации высоких уровней вычислительной мощности. Закон Мура, который гласит, что количество транзисторов в данном чипе удваивается каждые два года, верен с 1970-х и продолжает влиять на развитие транзисторов сегодня.

Фабриканты должны, конечно, балансировать эти требования инноваций со своей способностью максимизировать как производственный объем, так и рентабельность. Как это сделать? Недавний отчет McKinsey & Company¹ предполагает, что несколько распространенных стратегий — снижение затрат на труд, снижение потребления материалов и снижение глобальных закупок — доказали свою эффективность в краткосрочной перспективе, но не принесли долгосрочных приростов рентабельности.

Вместо этого, по мнению отчета, фабриканты полупроводников могут эффективнее управлять затратами и поддерживать более высокую рентабельность, улучшая сквозной выходной коэффициент (end-to-end yield). «Оптимизация yield долгое время считалась одной из самых критичных, но труднодостижимых целей — таким образом, конкурентным преимуществом в полупроводниковых операциях», по мнению McKinsey.

Сквозные yield могут быть улучшены различными способами, но есть значительный потенциал в одной иногда упускаемой области процесса полупроводниковой фабрикации: критические жидкостные системы и компоненты, транспортирующие реактивные галогенные газы от хранения к камере осаждения. По мере того как процессные условия становятся более требовательными, а реактивные газы становятся легче и агрессивнее, эти системы должны предлагать высший уровень производительности — и многое из этого зависит от материалов, из которых они сделаны.

В сегодняшней среде производства полупроводниковых чипов низшие классы нержавеющей стали часто не обеспечивают необходимые уровни производительности. Вот как компоненты жидкостных систем из материалов более высокого качества могут способствовать более высоким сквозным yield, и что фабриканты полупроводников должны учитывать при спецификации нержавеющих сталей.

Влияние жидкостных систем на потенциал yield.

Влияние жидкостных и газовых систем на yield преимущественно определяется двумя ключевыми факторами: загрязнением и коррозией.

Во-первых, по мере того как процессные транзисторы продолжают становиться меньше, сопротивление загрязнению становится все более важным атрибутом производительности для производственных сред ультравысокой чистоты. Даже минимальные, микроскопические чужеродные частицы могут вызвать серьезную проблему. Правильные компоненты жидкостных систем могут помочь ограничить попадание контаминантов в процесс чип-производства, тем самым способствуя более высокому объему жизнеспособных чипов за производственный запуск.

Во-вторых, по мере того как полупроводниковые производственные процессы все больше используют более агрессивные процессные газы, которые могут требовать все более высоких рабочих температур, потенциал коррозии возрастает. Любой простой, résultативный от необходимости заменить корродированный клапан, фитинг или трубку в этих системах, может остановить производство и драматически снизить общий yield. Превосходная коррозионная стойкость может помочь фабрикантам избежать такого простоя. Безопасность также является важным соображением здесь — компонент системы, который не работает должным образом, может привести к потенциально опасной утечке.

Достижение более высокой производительности через стратегический выбор материалов.

Формулировка нержавеющей стали с оптимизированным балансом высокопроизводительных сплавов и остаточного содержания критична для производственных сред полупроводников.

Например, повышенные уровни хрома, никеля и молибдена в формулировках нержавеющей стали увеличивают как прочность материала, так и способность выдерживать коррозию, возникающую от контакта с агрессивными средами системы. Определенное остаточное содержание должно оставаться в формулировке — например, специфический баланс серы необходим для обеспечения оптимальной отделки поверхности конечных компонентов и свариваемости. Это сложная комбинация атрибутов производительности для балансировки, и она требует производителя с высокими уровнями опыта и знаний в металлургии и материаловедении.

В полупроводниковой фабрикации, однако, чистота и чистота имеют критическое значение. Чистота может быть усилена использованием высокочистого материала с минимизированными примесями в нержавеющей стали через процессы вроде аргон-кислородной декарбуризации (AOD), вакуумной индукционной плавки (VIM) и вакуумной дуговой переплавки (VAR). Строгий контроль качества и методы тестирования также должны быть внедрены производителем — меры вроде ультразвукового тестирования, тестирования вихревыми токами и других методов могут обнаружить даже самые малые внутренние или внешние несовершенства, которые могут компрометировать чистоту. Пост-обработка после механической обработки, такая как электролитическое полирование и пассивация для определенных материалов, может еще больше улучшить чистоту компонентов.

Что искать у поставщика компонентов жидкостных систем.

Для снижения загрязнения, улучшения коррозионной стойкости и вклада в более высокие сквозные производственные yield, фабриканты полупроводников должны искать проверенных поставщиков компонентов жидкостных систем, которые понимают уникальные потребности их критических приложений и предлагают решения с оптимизированной функциональностью и материаловым строительством.

Идеальный поставщик должен уметь…

• Тщательно понимать материаловедение и вызовы полупроводникового производства
• Закупать нержавеющую сталь высшего качества у проверенных поставщиков
• Поддерживать жестко специфицированную химию материалов и стандарты обработки
• Жестко и тщательно тестировать все материалы нержавеющей стали
• Поддерживать строгий контроль над материалами на протяжении всего производственного процесса
• Отслеживать все материалы нержавеющей стали от сырья до отгрузки для 100% прослеживаемости

Поиск поставщика, демонстрирующего каждый из этих атрибутов, стоит усилий для производителей полупроводников, желающих достичь пикового выхода в этом высококонкурентном пространстве. Нахождение поставщика, предлагающего высокопроизводительные продукты, минимизирующие загрязнение и коррозию через правильные выборы материалов и дизайн продуктов, имеет значительный потенциал ROI.

Заинтересованы в получении дополнительной информации о том, как оптимизированные жидкостные системы могут помочь вам достичь долгосрочных приростов рентабельности? Swagelok имеет десятилетия опыта предоставления высокопроизводительных компонентов полупроводниковой отрасли. Свяжитесь с нашей командой и узнайте, как вы можете выиграть сегодня.

¹ «Taking the next leap forward in semiconductor yield improvement», McKinsey & Company, May 2, 2018.

Масрур Малик — менеджер по рынку полупроводников для The Swagelok Company. В свои двадцать два года в компании у него значительный технический опыт помощи клиентам по всему полупроводниковому рынку. Он имеет степени от Университета Небраски-Линкольн и Школы управления Weatherhead в Case Western Reserve University.

Шелли Танг — ведущий главный металлургический инженер для The Swagelok Company. За свои почти 20 лет в этой роли Шелли имеет значительный опыт в материаловедении в различных критических приложениях жидкостных систем. Она имеет степень Ph.D. в Материаловедении и Инженерии от Penn State University.