Semiconductoropbrengsten maximaliseren met geoptimaliseerde legeringsoplossingen

Semiconductorfabricatieopbrengsten verbeteren met geoptimaliseerde materialen

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

Snelle innovatie is een noodzaak in het hoogst competitieve semiconductorlandschap. Veel van de moderne wereld hangt af van de ontwikkeling van steeds krachtigere chips, die gebruikmaken van steeds kleinere transistors om hoge verwerkingskracht te genereren. Moore's wet, die stelt dat het aantal transistors in een gegeven chip elke twee jaar verdubbelt, heeft sinds de jaren 1970 geldigheid en beïnvloedt transistorontwikkeling vandaag nog steeds.

Fabricanten moeten natuurlijk deze eisen voor innovatie balanceren met hun eigen vermogen om zowel productie-uitvoer als winstgevendheid te maximaliseren. Hoe te doen? Een recent rapport van McKinsey & Company suggereert dat verschillende veelvoorkomende strategieën – arbeidskosten verlagen, materialenverbruik verminderen, en wereldwijde inkoopuitgaven verminderen – effectief zijn gebleken op de korte termijn, maar geen langetermijnwinstgevendheidswinsten hebben opgeleverd.

In plaats daarvan suggereert het rapport, kunnen semiconductorfabrikanten kosten effectiever managen en hogere winstgevendheid volhouden door end-to-end opbrengst te verbeteren. "Opbrengstoptimalisatie wordt al lang beschouwd als een van de meest kritieke, moeilijk te bereiken doelen – dus een competitief voordeel in semiconductoroperaties," volgens McKinsey.

End-to-end opbrengsten kunnen op verschillende manieren verbeterd worden, maar er is significant potentieel in één soms over het hoofd geziene gebied van het semiconductorfabricatieproces: kritieke vloeistofsystemen en componenten die reactieve halogeengassen transporteren van opslag naar de depositiekamer. Naarmate procesomstandigheden eisender worden, en reactieve gassen lichter en agressiever worden, moeten deze systemen het hoogste prestatieniveau bieden – en veel daarvan hangt af van de materialen waaruit ze gemaakt zijn.

In de huidige semiconductorchipproductieomgeving bieden mindere graad roestvijf stalen vaak niet de nodige prestatieniveaus. Hier is hoe vloeistofsysteemcomponenten gemaakt van hogere kwaliteit materialen kunnen bijdragen aan hogere end-to-end opbrengsten, en wat semiconductorfabrikanten moeten overwegen bij het specificeren van roestvijf stalen.

Vloeistofsystemen' impact op opbrengstpotentieel.

Vloeistof- en gassystemen' impact op opbrengsten worden voornamelijk beïnvloed door twee sleutelfactoren: contaminatie en corrosie.

Ten eerste, naarmate proces transistors kleiner blijven worden, is contaminatiewerstand een steeds belangrijker prestatiekenmerk voor ultrahoog zuiverheid productieomgevingen.zelfs minimale, microscopische vreemde deeltjes kunnen een groot probleem veroorzaken. De juiste vloeistofsysteemcomponenten kunnen helpen contaminanten te beperken die het chipfabricatieproces binnendringen, daarbij bijdragend aan hogere volumes van levensvatbare chips tijdens een productierun.

Ten tweed, naarmate semiconductorproductieprocessen steeds meer agressieve procesgassen gebruiken die mogelijk steeds hogere operatietemperaturen vereisen, neemt corrosiepotentieel toe. Elke downtime voortvloeiend uit de noodzaak om een gecorrodeerde klep, fitting of buis in deze systemen te vervangen, kan productie stopzetten en de algehele opbrengst dramatisch verlagen. Superieure corrosiebestendigheid kan fabricanten helpen dit type downtime te vermijden. Veiligheid is ook een grote overweging hier – een systeemcomponent die niet correct presteert kan leiden tot een potentiële gevaarlijke lek.

Hogere prestaties bereiken door strategische materiaalselectie.

Een roestvrij staal formulering met een geoptimaliseerde balans van hoogpresterende legeringen en residuele inhoud is cruciaal voor semiconductorproductieomgevingen.

Bijvoorbeeld, verhoogde niveaus van chroom, nikkel en molybdeen in roestvrij staal formuleringen verhogen zowel de materiaalsterkte als de capaciteit om corrosie te weerstaan voortvloeiend uit contact met agressieve systeemmedia. Bepaalde residuele inhoud moet in de formulering blijven – bijvoorbeeld is een specifieke balans van zwavel nodig om de optimale eindgebruik componentoppervlakteafwerking en lasbaarheid te garanderen. Dit is een uitdagende combinatie van prestatiekenmerken om te balanceren, en het vereist een fabrikant met hoge niveaus van ervaring en kennis in metallurgie en materialenwetenschap.

In semiconductorfabricatie zijn echter schoonheid en zuiverheid van kritisch belang. Schoonheid kan verbeterd worden door hoog zuiver materiaal met geminimaliseerde verontreinigingen in roestvrij staal te gebruiken door processen zoals argon zuurstof decarburisatie (AOD), vacuum inductie smelten (VIM), en vacuum boog her-smelten (VAR). Strikte kwaliteitscontrole en testmethoden moeten ook door de fabrikant toegepast worden – maatregelen zoals ultrasonische testen, Eddy current testen, en andere methoden kunnen zelfs de kleinste interne of externe imperfecties detecteren die zuiverheid kunnen compromitteren. Na-bewerkingsverwerking, zoals elektropolijsten en passivatie voor bepaalde materialen, kan de componentenschoonheid verder verbeteren.

Waar je op moet letten bij je vloeistofsysteemcomponentleverancier.

Om contaminatie te verminderen, corrosiebestendigheid te verbeteren, en bij te dragen aan hogere end-to-end productieopbrengsten, zouden semiconductorfabrikanten bewezen vloeistofsysteemcomponentleveranciers moeten zoeken die de unieke behoeften van hun kritieke applicaties begrijpen en oplossingen bieden met geoptimaliseerde functionaliteit en materiaalconstructie.

Een ideale leverancier zou in staat moeten zijn om…

• Materialenwetenschap en semiconductorfabricatieuitdagingen grondig te begrijpen
• De hoogste kwaliteit roestvrij staal in te kopen van bewezen leveranciers
• Strak gespecificeerde materialenchemie en verwerkingsstandaarden te handhaven
• Alle roestvrij staal materialen rigoureus en grondig te testen
• Strikte controle over materialen tijdens het fabricageproces te handhaven
• Alle roestvrij staal materialen van grondstoffen tot verzending te traceren voor 100% traceerbaarheid

Het zoeken naar een leverancier die elk van deze kenmerken demonstreert is de moeite waard voor semiconductorfabrikanten die piekprestaties willen bereiken in deze hoogst competitieve ruimte. Een leverancier vinden die hoge-presterende producten biedt die contaminatie en corrosie minimaliseren door juiste materiaalkeuzes en productontwerp heeft significant ROI potentieel.

Geïnteresseerd in meer te leren over hoe geoptimaliseerde vloeistofsystemen je kunnen helpen langetermijnwinstgevendheidswinsten te behalen? Swagelok heeft decennia ervaring in het leveren van hoge-presterende componenten aan de semiconductorindustrie. Neem contact op met ons team en ontdek hoe je vandaag kunt profiteren.

¹ "Taking the next leap forward in semiconductor yield improvement," McKinsey & Company, 2 mei 2018.

Masroor Malik is Semiconductor Market Manager voor The Swagelok Company. In zijn tweeëntwintig jaar bij het bedrijf heeft hij significante technische ervaring in het helpen van klanten doorheen de semiconductormarkt. Hij heeft diplomas van de University of Nebraska-Lincoln, en de Weatherhead School of Management aan Case Western Reserve University.

Shelly Tang is Lead Principal Metallurgical Engineer voor The Swagelok Company. In haar bijna 20 jaar in deze rol heeft Shelly significante ervaring in materialenwetenschap in een verscheidenheid aan kritieke vloeistofsysteemapplicaties. Ze heeft een Ph.D. graad in Materials Science and Engineering van Penn State University.