이 애플리케이션을 최적화하여 반도체 팹의 수익성을 높일 수 있습니다
더 수익성 높은 팹 운영에 필요한 세 가지 유체 시스템 핵심 영역
글로벌 반도체 시장은 꾸준히 역동적인 성장을 경험하고 있습니다. 2023년 2월 현재, 미국 반도체 산업 협회(SIA)는 2022년 글로벌 반도체 산업 판매액이 총 5735억 달러로, 2021년 총액 5559억 달러에 비해 3.2% 증가하여 현재까지 가장 높은 연간 합계를 기록했다고 발표했습니다.
이러한 수요의 충족 여부는 새로운 반도체 팹 건설과 기존 팹의 최적화에 달려 있습니다. 2022년말 미국 내에서만 46개의 새로운 반도체 팹 프로젝트가 발표되었습니다. 앞으로 몇 년 동안 수요가 급증할 것으로 예상됨에 따라, 이러한 데이터는 단지 빙산의 일각을 보여줄 따름입니다.
수십 억 달러 규모의 반도체 제조 시설 운영을 가능하도록 만드는 수많은 유체 시스템과 애플리케이션이 있습니다. 팹에서 칩 생산 역량 중 위험을 완화하려면 칩 생산 공정뿐만 아니라, 전체 시설의 고순도 가스 및 화학물질 분배 시스템도 최적화해야 합니다.
전 세계의 반도체 제조업체를 지원하고 있는 박식한 Swagelok 필드 엔지니어 세 명에게 팹 전반의 핵심 유체 시스템에서 비용, 인력, 시간 절감을 가장 잘 실현하려면 어떻게 해야 하는지 물어보았습니다. 대답이 무엇이었는지 알아보려면 계속 읽어보십시오.
신규 팹의 건설용 아르곤
새로운 반도체 팹을 건설하는 일은 엄청난 대규모 사업입니다. 일반적으로, 핵심 유체 시스템 구축에는 수많은 현장 EPC(설계, 조달, 시공) 업체가 설치 작업을 수행하게 되며, 때로 수백 명의 용접사가 동시에 핵심 유체 시스템을 건조하기도 합니다.
시설의 모든 용접 지점은 퍼지 목적으로 적절한 수준의 아르곤 유량을 유지해야 합니다. 용접 비드의 산화와 오염을 방지하는 퍼지 작업은 대부분의 일반 산업 용접 애플리케이션에서도 중요하지만, 특히 고순도(HP) 또는 초고순도(UHP) 애플리케이션에서 더욱 중요합니다.
“용접할 때 지정된 아르곤 유량이 없다면 용접 색상으로 확실히 구분됩니다. ”
Margaret Brennan
Swagelok Southwest 필드 엔지니어
“많은 색상 [그림 1] (때로 ‘설탕’이라고 부름)이 보인다면, 용접 내경을 통해 충분한 아르곤 유량이 공급되지 않는 것입니다. 이는 반도체 유체 시스템에서 용납되지 않습니다. 오염을 일으킬 뿐만 아니라, 용접의 무결성에도 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문입니다."
Brennan에 따르면, 건설 프로젝트의 효율성에 기여하는 일관적인 고품질 용접에는 두 가지 중요한 선결 사항이 있습니다.
Brennan의 설명입니다. "첫째, 용접사가 여러 용접 지점으로 이동할 때마다 건설용 아르곤을 사용할 수 있어야 합니다." “용접사가 환경 친화적인 이동식 퍼지 스틱 또는 판넬에 액세스할 수 있으면, 한 용접 지점에서 다른 용접 지점으로 계속 이동하면서 뛰어난 효율성을 발휘할 수 있습니다.”
두 번째 요건은 더 복잡합니다. 수많은 EPC에서 나온 다양한 기술 수준의 용접사가 동시에 현장에서 작업할 수 있습니다. 또한 반도체 생산은 신규 팹에서 최대한 빨리 속도를 올려야 하므로, 시설 소유주가 반도체 유체 시스템 조업 경험이 없는 EPC와 계약할 수도 있습니다.
적절한 아르곤 유량이 없는 용접은 오염을 일으키거나 용접의 무결성에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.
"주요 반도체 제조업체는 고순도 및 초고순도 시스템에 어떤 것이 필요한지 알고 있지만, 계약을 체결하는 하청업체는 그러한 수준의 전문 지식이 없을 수 있습니다"라고 Brennan이 전합니다. "이는 교육이 매우 중요함을 의미합니다. 반도체 팹은 어디에나 건설되고 있으며, 반도체 생산업체는 예를 들면 유체 시스템 경험이 대부분 오일 및 가스 분야인 하청업체를 고용하고 있습니다. 많은 하청업체가 복잡한 반도체 전문 용접 실무를 현장에서 배우는 것도 어렵지 않게 볼 수 있습니다."
Brennan은 용접사가 오비탈 용접 장비를 사용할 수 있도록 도움으로써 오염 가능성을 최소화하면서 일관적이고 무결성 높은 용접을 실현하도록 하는 데 중점을 둔 교육 프로그램 운영에 대부분의 시간을 보냅니다.
“반도체 유체 시스템에서 오염의 반향은 막대할 수 있습니다”라고 Brennan이 말합니다. "따라서, 저희는 건설업체가 작업을 효율적, 효과적으로 수행하는 데 필요한 기술을 갖추도록 함으로써, 팹 건설이 일정에 맞게 예산 내로 진행되도록 하는 데 최선의 노력을 기울이고 있습니다."
냉각 장비용 단열 호스
일관적이고 반복 가능한 칩 제조 공정에 필요한 최적의 온도를 유지하려면, 냉각 호스와 같은 유체 시스템 부품을 누설 없는 고품질 단열 제품으로 사용해야 합니다.
냉각 호스는 열 교환기 유체용으로 극한의 목표 온도를 유지할 수 있어야 합니다.
박막이 증착되고 식각되는 반도체 제조 공정 챔버에 냉각수를 공급하는 데 사용되는 이 호스는 열 교환기 유체용으로 극한의 목표 온도(선단부 공정 노드에서 건식 플라스마 식각용으로 최저 -90°C/-130°F)를 유지할 수 있어야 합니다. "호스는 영하 온도의 유체를 운반하는 데 사용되므로, 적절한 단열이 이루어지지 않는다면 호스에 불필요한 응축수가 생길 가능성이 높습니다"라고 Swagelok Japan 필드 엔지니어인 Takashi Matsumoto가 설명합니다.
“응축수는 반도체 팹에 막대한 피해를 입힐 수 있습니다. 냉각 호스에서 떨어지는 물방울이 서브팹(sub-fab)에 있는 지원 장비의 전기 부품을 손상시킬 수 있으며, 이는 수처리 장비의 가동 중단으로 이어질 수 있습니다. 또한, 모양이 유사하므로 응축수 방울을 유해 화학물질로 잘못 인지할 수도 있습니다.”
Takashi Matsumoto
Swagelok Japan 필드 엔지니어
Matsumoto가 설명합니다. "응축수 저감의 해답은 두 가지로, 고성능 단열 재료와 최적의 호스 배치입니다.
벌크 특수 가스 취급 시스템
반도체 제조 공정에서는 암모니아, 염화 수소, 삼염화 질소 등을 포함한 불활성 고순도 특수 가스를 실린더나 탱크에서 생산 툴로 안정적이고 반복적으로 공급해야 합니다. 여기에는 고도로 전문화된 요구를 충족할 수 있도록 설계 및 엔지니어링된 가스 분배 시스템이 필요합니다.
“벌크 특수 가스 공급 시스템의 목표 중 하나는 전체 시스템에 불필요한 공기, 산소, 수분 또는 기타 불순물이 침입하지 않도록 하는 것입니다.”
Tony Chao
Swagelok Taiwan 필드 엔지니어
스테인리스강이라고 모두 같은 것은 아닙니다
어떤 스테인리스강이든 크롬과 니켈 함량이 부식 저항과 연성에 중요한 요소입니다. 따라서, 모든 바 스톡이 동일하지 않습니다. 성능 향상에 기여할 수 있으므로, ASTM 최소 표준에서 요구하는 것보다 니켈과 크롬 함량이 높은 스테인리스강 조성을 찾으십시오.
"독성이 있거나 가연성인 가스가 대기로 누설되면 매우 위험하므로, 가스 캐비닛 전반의 누설 없는 밀폐 성능도 필수입니다”라고 Swagelok Taiwan의 필드 엔지니어 Tony Chao가 말합니다.
벌크 특수 가스 애플리케이션의 중요한 특성으로 인해 무결성 높은 튜브, 튜브 피팅, 밸브, 압력 레귤레이터, 기타 주요 가스 공급 부품이 필요합니다. 위험한 누설을 방지하려면, 모든 부품을 고품질 재료로 제작해야 합니다라고 Chao가 설명합니다.
“이러한 유형의 가스는 대부분 부식성이 강하므로, 모든 부품에 고품질 스테인리스강을 사용해야 합니다. 부식은 초고순도 공정의 허용 불가능한 오염을 일으킬 수 있고 누설의 원인이 될 수 있습니다.”
부품 무결성이 벌크 특수 가스 분배에서 유일한 문제는 아닙니다. 적절한 시스템 설계와 모범 사례를 통해 예기치 못한 가동 중단을 방지하고 안전을 개선하여 팹의 24/7 운영을 보장할 수 있습니다.
“저희 팀은 수년간 반도체 전용 가스 공급 시스템을 설계 및 엔지니어링해온 경험이 있으며, 고객이 문제를 겪고 있을 때 성능을 최적화하고 문제를 해결할 수 있도록 지원합니다”라고 Chao가 말합니다. “이러한 유형의 시스템에서 작업하는 EPC가 석유화학 분야 출신인 경우도 있으며, 그럴 경우 저희는 반도체 분야와 관련된 인사이트를 제공할 수 있습니다.”
아르곤 가스를 사용한 오비탈 용접, 단열 냉각 호스, 벌크 특수 가스 시스템은 반도체 제조업체가 시설 내에서 최적화하여 생산성, 효율성, 수익성을 극대화할 수 있는 유체 시스템 애플리케이션 중 단지 일부에 불과합니다.
팹 내의 이러한 유체 시스템 애플리케이션 또는 다른 부문에 도움이 필요하십니까? Swagelok 필드 엔지니어 팀은 고순도 및 초고순도 부품의 사양에 대한 도움을 제공하며, 성능을 극대화할 수 있는 유체 시스템 개선안을 추천하고, 유체 시스템을 최대 처리량으로 유지하도록 지원할 수 있습니다. 언제든지 현지 Swagelok 공인 판매 및 서비스 센터에 문의하여 이러한 전문가로부터 맞춤 조언을 받을 수 있습니다. 또한, 당사 블로그에서 주요 반도체 유체 시스템 애플리케이션을 다루는 방법에 대한 추가적인 인사이트도 찾을 수 있습니다.
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