Verbeter het halfgeleiderrendement met geoptimaliseerde legeringen

Verbetering van de productieopbrengsten van halfgeleiders met geoptimaliseerde materialen

Masroor Malik, Semiconductor Market Manager, Swagelok, en Shelly Tang, Lead Principal Metallurgical Engineer, Swagelok

Snelle innovatie is een noodzaak in het zeer competitieve halfgeleiderlandschap. Een groot deel van de moderne wereld is afhankelijk van de ontwikkeling van steeds krachtigere chips, waarbij steeds kleinere transistors worden gebruikt om een ​​hoog verwerkingsvermogen te genereren. De wet van Moore, die stelt dat het aantal transistors in een bepaalde chip elke twee jaar verdubbelt, geldt sinds de jaren zeventig en blijft de ontwikkeling van transistors vandaag de dag beïnvloeden.

Fabrikanten moeten deze vraag naar innovatie natuurlijk in evenwicht brengen met hun eigen vermogen om zowel de productieoutput als de winstgevendheid te maximaliseren. Hoe je dat doet? Een recent rapport van McKinsey &Company ¹ suggereert dat verschillende gemeenschappelijke strategieën - verlaging van de arbeidskosten, verlaging van het materiaalverbruik en verlaging van de wereldwijde inkoopuitgaven - op korte termijn effectief zijn gebleken, maar op lange termijn niet hebben geleid tot winstgroei.

In plaats daarvan suggereert het rapport dat halfgeleiderfabrikanten de kosten effectiever kunnen beheren en een hogere winstgevendheid kunnen behouden door de end-to-end opbrengst te verbeteren. "Opbrengstoptimalisatie wordt lange tijd beschouwd als een van de meest kritieke, maar moeilijk te bereiken doelen, en dus een concurrentievoordeel in halfgeleideractiviteiten", aldus McKinsey.

End-to-end opbrengsten kunnen op verschillende manieren worden verbeterd, maar er is een aanzienlijk potentieel in een deel van het halfgeleiderfabricageproces dat soms over het hoofd wordt gezien:kritische vloeistofsystemen en componenten die reactanthalogeengassen van de opslag naar de depositiekamer transporteren. Naarmate procesomstandigheden veeleisender worden en reactantgassen lichter en agressiever worden, moeten deze systemen het hoogste prestatieniveau bieden - en veel daarvan hangt af van de materialen waaruit ze zijn gemaakt.

In de huidige productieomgeving van halfgeleiderchips bieden roestvast staal van mindere kwaliteit vaak niet de vereiste prestatieniveaus. Hier leest u hoe componenten van vloeistofsystemen, gemaakt van materialen van hogere kwaliteit, kunnen bijdragen aan hogere end-to-end opbrengsten, en waar halfgeleiderfabrikanten rekening mee moeten houden bij het specificeren van roestvast staal.

Invloed van vloeistofsystemen op opbrengstpotentieel.

De impact van vloeistof- en gassystemen op de opbrengsten wordt voornamelijk beïnvloed door twee belangrijke factoren:vervuiling en corrosie.

Ten eerste, aangezien procestransistoren steeds kleiner worden, is vervuilingsweerstand een steeds belangrijker prestatiekenmerk voor productieomgevingen met ultrahoge zuiverheid. Zelfs minimale, microscopisch kleine vreemde deeltjes kunnen een groot probleem veroorzaken. De juiste componenten van het vloeistofsysteem kunnen helpen voorkomen dat verontreinigingen in het fabricageproces van de chip terechtkomen, en zo bijdragen aan grotere volumes van levensvatbare chips tijdens een productierun.

Ten tweede, aangezien productieprocessen voor halfgeleiders in toenemende mate agressievere procesgassen gebruiken die mogelijk steeds hogere bedrijfstemperaturen vereisen, neemt het corrosiepotentieel toe. Elke uitvaltijd als gevolg van de noodzaak om een ​​gecorrodeerde klep, fitting of buis in deze systemen te vervangen, kan de productie stopzetten en de totale opbrengst drastisch verminderen. Superieure corrosieweerstand kan fabrikanten helpen dit soort uitvaltijd te voorkomen. Veiligheid is hier ook een belangrijke overweging:een systeemonderdeel dat niet goed werkt, kan leiden tot een potentieel gevaarlijk lek.

Beter presteren door strategische materiaalkeuze.

Een roestvrijstalen formulering met een geoptimaliseerde balans van hoogwaardige legeringen en restgehalte is van cruciaal belang voor productieomgevingen van halfgeleiders.

Verhoogde niveaus van chroom, nikkel en molybdeen in roestvrijstalen formuleringen verhogen bijvoorbeeld zowel de sterkte van het materiaal als het vermogen om corrosie te weerstaan ​​als gevolg van contact met agressieve systeemmedia. Er moet een bepaald restgehalte in de formulering blijven - er is bijvoorbeeld een specifieke zwavelbalans nodig om de optimale afwerking en lasbaarheid van het eindgebruik van de componenten te garanderen. Dit is een uitdagende combinatie van prestatiekenmerken om te balanceren, en het vereist een fabrikant met veel ervaring en kennis op het gebied van metallurgie en materiaalwetenschap.

Bij de fabricage van halfgeleiders zijn reinheid en zuiverheid echter van cruciaal belang. Reinheid kan worden verbeterd door het gebruik van zeer zuiver materiaal met minimale onzuiverheden in roestvrij staal door processen zoals argon-zuurstofontkoling (AOD), vacuüminductiesmelten (VIM) en vacuümbooghersmelting (VAR). Strenge kwaliteitscontrole en testmethoden moeten ook door de fabrikant worden toegepast - maatregelen zoals ultrasoon testen, wervelstroomtesten en andere methoden kunnen zelfs de kleinste interne of externe onvolkomenheden detecteren die de zuiverheid in gevaar kunnen brengen. Nabewerkingen, zoals elektrolytisch polijsten en passiveren van bepaalde materialen, kunnen de reinheid van de componenten verder verbeteren.

Waar u op moet letten bij de leverancier van uw vloeistofsysteemcomponenten.

Om vervuiling te verminderen, corrosieweerstand te verbeteren en bij te dragen aan hogere end-to-end productieopbrengsten, moeten halfgeleiderfabrikanten op zoek gaan naar beproefde leveranciers van vloeistofsysteemcomponenten die de unieke behoeften van hun kritieke toepassingen begrijpen en oplossingen bieden met geoptimaliseerde functionaliteit en materiaalconstructie .

Een ideale leverancier zou in staat moeten zijn om…

• Begrijp de uitdagingen op het gebied van materiaalwetenschap en de fabricage van halfgeleiders grondig
• Koop roestvrij staal van de hoogste kwaliteit bij beproefde leveranciers
• Behoud strikt gespecificeerde materiaalchemie en verwerkingsnormen
• Rigoureus en grondig alle roestvrijstalen materialen testen
• Behoud strikte controle over materialen tijdens het productieproces
• Volg alle roestvrijstalen materialen van grondstoffen tot verzending voor 100% traceerbaarheid

Het is de moeite waard om op zoek te gaan naar een leverancier die elk van deze kenmerken demonstreert voor halfgeleiderfabrikanten die een piekoutput willen bereiken in deze zeer competitieve ruimte. Het vinden van een leverancier die hoogwaardige producten biedt die vervuiling en corrosie tot een minimum beperken door middel van de juiste materiaalkeuzes en productontwerp, heeft een aanzienlijk ROI-potentieel.

Wilt u meer weten over hoe geoptimaliseerde vloeistofsystemen u kunnen helpen winstgevende winsten op de lange termijn te behalen? Swagelok heeft tientallen jaren ervaring met het leveren van hoogwaardige componenten aan de halfgeleiderindustrie. Neem contact op met ons team en ontdek hoe u vandaag nog kunt profiteren.

¹ "De volgende sprong voorwaarts maken in het verbeteren van de opbrengst van halfgeleiders", McKinsey &Company, 2 mei 2018.

Masroor Malik is halfgeleidermarktmanager voor The Swagelok Company. In zijn tweeëntwintig jaar bij het bedrijf heeft hij aanzienlijke technische ervaring met het helpen van klanten in de halfgeleidermarkt. Hij behaalde diploma's aan de Universiteit van Nebraska-Lincoln en de Weatherhead School of Management aan de Case Western Reserve University.

Shelly Tang is hoofdingenieur metallurgisch voor The Swagelok Company. In haar bijna 20 jaar in deze rol heeft Shelly aanzienlijke ervaring in materiaalwetenschap in een verscheidenheid aan kritische vloeistofsysteemtoepassingen. Ze heeft een Ph.D. graad in materiaalwetenschappen en engineering van Penn State University.