最適化された合金で半導体歩留まりを改善

最適化された材料による半導体製造歩留まりの向上

Swagelok の半導体市場マネージャーである Masroor Malik と、Swagelok の主任冶金エンジニアである Shelly Tang

競争の激しい半導体業界では、迅速なイノベーションが必要です。現代世界の多くは、ますます強力なチップの開発に依存しており、ますます小型化されたトランジスタを利用して高レベルの処理能力を生成しています。特定のチップ内のトランジスタの数が 2 年ごとに 2 倍になるというムーアの法則は、1970 年代から当てはまり、今日のトランジスタ開発に影響を与え続けています。

もちろん、ファブリケーターは、イノベーションに対するこれらの要求と、生産量と収益性の両方を最大化する独自の能力とのバランスを取る必要があります。どうやってするの？ McKinsey &Company からの最近のレポート ¹ は、人件費の削減、材料消費の削減、グローバルな調達支出の削減など、いくつかの一般的な戦略が短期的には有効であることが証明されたものの、長期的な収益性の向上にはつながらなかったことを示唆しています。

代わりに、レポートは、半導体製造業者がコストをより効果的に管理し、エンドツーエンドの歩留まりを改善することでより高い収益性を維持できることを示唆しています。 McKinsey によると、「歩留まりの最適化は、最も重要でありながら達成が困難な目標の 1 つと長い間見なされてきました。したがって、半導体事業における競争上の優位性となります。」

エンドツーエンドの歩留まりはさまざまな方法で改善できますが、半導体製造プロセスで見落とされがちな領域の 1 つに大きな可能性があります。それは、反応性ハロゲンガスを貯蔵庫から堆積チャンバーに輸送する重要な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厳しくなり、反応ガスがより軽く、より攻撃的になるにつれて、これらのシステムは最高レベルの性能を提供する必要があり、その多くはシステムの材料に依存します。

今日の半導体チップ生産環境では、グレードの低いステンレス鋼では必要なレベルの性能が得られないことがよくあります。ここでは、より高品質の材料で作られた流体システム コンポーネントがエンド ツー エンドの歩留まり向上にどのように貢献できるか、および半導体製造業者がステンレス鋼を指定する際に考慮すべき点について説明します。

流体システムが歩留まりの可能性に与える影響。

流体およびガスシステムが歩留まりに与える影響は、主に汚染と腐食という 2 つの重要な要因によって影響を受けます。

第 1 に、プロセス トランジスタの小型化が進むにつれて、耐汚染性は超高純度生産環境にとってますます重要な性能属性になっています。微量の微細な異物でさえ、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構成要素は、汚染物質がチップ製造プロセスに入るのを制限するのに役立ち、それによって生産実行中の実行可能なチップの量を増やすことに貢献します。

第 2 に、半導体製造プロセスでは、ますます高い動作温度を必要とする可能性のあるより攻撃的なプロセス ガスがますます使用されるため、腐食の可能性が高くなります。これらのシステムで腐食したバルブ、フィッティング、またはチューブを交換する必要があるためにダウンタイムが発生すると、生産が停止し、全体的な歩留まりが大幅に低下する可能性があります。優れた耐食性は、製造業者がこの種のダウンタイムを回避するのに役立ちます。ここでは、安全性も重要な考慮事項です。適切に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につながる可能性があります。

戦略的な素材の選択により、より高いパフォーマンスを達成する

高性能合金と残留成分の最適なバランスを備えたステンレス鋼の配合は、半導体製造環境にとって重要です。

たとえば、ステンレス鋼の配合に含まれるクロム、ニッケル、モリブデンのレベルを高めると、材料の強度と、積極的なシステム媒体との接触による腐食に耐える能力の両方が向上します。一定の残留成分は配合中に残す必要があります。たとえば、最適な最終用途コンポーネントの表面仕上げと溶接性を確保するには、硫黄の特定のバランスが必要です。これは、性能属性のバランスをとるのが難しい組み合わせであり、冶金学および材料科学における高度な経験と知識を備えた製造業者を必要とします。

ただし、半導体製造では、清浄度と純度が非常に重要です。清浄度は、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強化できます。製造業者は、厳格な品質管理と試験方法も導入する必要があります。超音波試験、渦電流試験、およびその他の方法などの手段により、純度を損なう可能性のある最小の内部または外部の欠陥も検出できます。特定の材料の電解研磨やパッシベーションなどの機械加工後処理により、コンポーネントの清浄度をさらに向上させることができます。

流体システム コンポーネントのサプライヤから何を探すべきか

汚染を減らし、耐食性を改善し、エンドツーエンドの生産歩留まり向上に貢献するために、半導体製造業者は、重要なアプリケーションの固有のニーズを理解し、最適化された機能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必要があります。 .

理想的なサプライヤーは…

• 材料科学と半導体製造の課題を完全に理解する
• 実績のあるサプライヤーから最高品質のステンレス鋼を調達
• 厳密に指定された材料化学および処理基準を維持する
• すべてのステンレス鋼素材を厳密かつ徹底的にテスト
• 製造プロセス全体で材料を厳格に管理する
• 100% のトレーサビリティを実現するために、原材料から出荷まですべてのステンレス鋼材を追跡します

これらの特性のそれぞれを示すサプライヤを探すことは、この非常に競争の激しい分野で最高の生産量を達成したいと考えている半導体メーカーにとって努力する価値があります.適切な材料の選択と製品設計によって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。

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¹ 「半導体の歩留まり向上で次の飛躍を遂げる」、McKinsey &Company、2018 年 5 月 2 日。

Masroor Malik は、Swagelok Company の半導体市場マネージャーです。同社での 22 年間で、彼は半導体市場全体で顧客を支援する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、およびケース ウェスタン リザーブ大学のウェザーヘッド経営大学院で学位を取得しています。

Shelly Tang は、Swagelok Company の主任冶金エンジニアです。シェリーは、この役職に約 20 年間携わっており、さまざまな重要な流体システム アプリケーションにおける材料科学の重要な経験を持っています。彼女は博士号を取得しています。ペンシルベニア州立大学で材料科学と工学の学位