最適化合金ソリューションで半導体歩留まりを最大化

最適化材料による半導体製造歩留まりの向上

マスール・マリク、半導体マーケットマネージャー、スウェージロック、シェリー・タン、リード・プリンシパル・メタロジカル・エンジニア、スウェージロック

激しい競争の半導体業界では、急速なイノベーションが不可欠です。現代世界の多くは、より小さなトランジスタを利用して高い処理能力を生み出す、ますます強力なチップの開発に依存しています。チップあたりのトランジスタ数が2年ごとに倍増するというムーアの法則は、1970年代以来真実であり続け、今日もトランジスタ開発に影響を与えています。

ファブリケーターはもちろん、イノベーションへの要求と、生産出力と収益性の最大化という自社の能力のバランスを取らなければなりません。どうすればよいでしょうか？マッキンゼー・アンド・カンパニーの最近のレポート¹によると、労働コスト削減、材料消費削減、グローバル調達費削減といった一般的な戦略は短期的には効果的ですが、長期的な収益性向上にはつながらなかったとのことです。

代わりに、レポートは、半導体ファブリケーターがエンドツーエンドの歩留まりを改善することで、コストをより効果的に管理し、より高い収益性を維持できると示唆しています。「歩留まり最適化は長い間、半導体運営において最も重要でありながら達成が最も難しい目標の一つと見なされてきたため、競争上の優位性となっています」とマッキンゼーは述べています。

エンドツーエンド歩留まりは様々な方法で改善できますが、半導体製造プロセスの見落とされがちな領域に大きな可能性があります: 反応性ハロゲンガスを貯蔵から堆積チャンバーまで輸送するクリティカル流体システムとコンポーネントです。プロセス条件がより要求厳しくなり、反応性ガスがより軽量で攻撃的になるにつれ、これらのシステムは最高レベルの性能を提供しなければなりません。その多くは、それらが作られている材料に依存します。

今日の半導体チップ生産環境では、低グレードのステンレス鋼では必要な性能レベルを提供できないことがよくあります。ここでは、より高品質な材料で作られた流体システムコンポーネントがどのようにより高いエンドツーエンド歩留まりに貢献できるか、そして半導体ファブリケーターがステンレス鋼を指定する際に考慮すべき点を説明します。

流体システムが歩留まりポテンシャルに与える影響

流体およびガスシステムが歩留まりに与える影響は、主に2つの主要因によって左右されます: 汚染と腐食。

第一に、プロセストランジスタがさらに小さくなるにつれ、汚染耐性は超高純度生産環境におけるますます重要な性能属性となっています。わずかな微小異物粒子でも大きな問題を引き起こす可能性があります。適切な流体システムコンポーネントは、チップ製造プロセスへの汚染物質の侵入を制限し、生産ラン中の実行可能チップの量増加に貢献します。

第二に、半導体生産プロセスがより攻撃的なプロセスガスを使用し、より高い動作温度を必要とするようになるにつれ、腐食の可能性が高まります。これらのシステムで腐食したバルブ、継手、チューブの交換必要性によるダウンタイムは、生産を停止させ、全体的な歩留まりを大幅に低下させる可能性があります。優れた耐食性は、ファブリケーターがこのタイプのダウンタイムを回避するのに役立ちます。安全性もここで重要な考慮事項です。正しく機能していないシステムコンポーネントは、潜在的に危険な漏れを引き起こす可能性があります。

戦略的材料選定による高性能化の実現

高性能合金と残留成分の最適なバランスを持つステンレス鋼配合は、半導体生産環境において不可欠です。

例えば、ステンレス鋼配合におけるクロム、ニッケル、モリブデンのレベル向上は、システム媒体との接触による腐食に対する材料の強度と耐性の両方を高めます。特定の残留成分は配合に残る必要があります。例えば、最適なエンドユースコンポーネント表面仕上げと溶接性を確保するための硫黄の特定バランスなどです。これはバランスを取るのが難しい性能属性の組み合わせであり、冶金学と材料科学における高度な経験と知識を持つメーカーが必要です。

半導体製造では、しかし、清浄度と純度が極めて重要です。アルゴン酸素脱炭（AOD）、真空誘導溶解（VIM）、真空アーク再溶解（VAR）などのプロセスを通じて、ステンレス鋼の不純物を最小限に抑えた高純度材料を使用することで清浄度を高められます。厳格な品質管理と試験方法もメーカーによって導入されるべきです。超音波試験、渦電流試験などの手法は、純度を損なう可能性のある最微小の内部または外部欠陥を検出できます。機械加工後の処理、特定材料の電解研磨とパッシベーションは、コンポーネントの清浄度をさらに向上させます。

流体システムコンポーネントサプライヤーに求めるもの

汚染を減らし、耐食性を向上させ、より高いエンドツーエンド生産歩留まりに貢献するために、半導体ファブリケーターは、クリティカルアプリケーションの独自のニーズを理解し、最適化された機能性と材料構造を備えたソリューションを提供する実績のある流体システムコンポーネントサプライヤーを探すべきです。

理想的なサプライヤーは、以下ができるべきです:

• 材料科学と半導体製造の課題を徹底的に理解している
• 実績あるサプライヤーから最高品質のステンレス鋼を調達する
• 厳密に指定された材料化学と加工基準を維持する
• すべてのステンレス鋼材料を厳格かつ徹底的に試験する
• 製造プロセス全体で材料を厳格に管理する
• 原材料から出荷まで、すべてのステンレス鋼材料を100%トレーサビリティで追跡する

これらの属性をすべて示すサプライヤーを探す努力は、この競争の激しい分野で最高の出力を達成したい半導体メーカーにとって価値があります。適切な材料選択と製品設計により汚染と腐食を最小限に抑える高性能製品を提供するサプライヤーを見つけることは、大きなROIの可能性を秘めています。

最適化された流体システムが長期的な収益性向上にどのように役立つか、詳しく知りたいですか？スウェージロックは半導体業界に高性能コンポーネントを提供して数十年の経験があります。私たちのチームに連絡し、今日どのように恩恵を受けられるかをご確認ください。

¹ 「半導体歩留まり改善の次の飛躍へ」, マッキンゼー・アンド・カンパニー, 2018年5月2日.

マスール・マリクはスウェージロックカンパニーの半導体マーケットマネージャーです。同社での22年間で、半導体市場全体の顧客支援において重要な技術的経験を持っています。ネブラスカ大学リンカーン校とケースウェスタンリザーブ大学ウェザーヘッド経営大学院の学位を保持。

シェリー・タンはスウェージロックカンパニーのリード・プリンシパル・メタロジカル・エンジニアです。この役割でほぼ20年間、様々なクリティカル流体システムアプリケーションにおける材料科学の豊富な経験を持っています。ペンシルベニア州立大学で材料科学工学の博士号を取得。