Повышение выхода годных полупроводниковых изделий благодаря применению усовершенствованных сплавов

Повышение выхода годных полупроводниковых изделий благодаря применению усовершенствованных материалов

Масрур Малик (Masroor Malik), менеджер компании Swagelok по полупроводниковой промышленности, и Шелли Тан (Shelly Tang), главный инженер-металлург компании Swagelok

Быстрое внедрение инноваций — насущная необходимость в высококонкурентной полупроводниковой отрасли. Современный мир во многом зависит от разработки все более мощных микросхем с применением транзисторов все меньшего размера, чтобы обеспечивать высокую вычислительную мощность. Закон Мура, гласящий, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые два года, остается в силе с 1970-х годов и продолжает оказывать влияние на разработку транзисторов в наши дни.

Естественно, производители должны соблюдать баланс между требованиями о внедрении инноваций и своими возможностями, чтобы обеспечить максимальный объем выпуска продукции и рентабельность. Как же этого добиться? В недавнем отчете McKinsey & Company¹ говорится, что несколько распространенных стратегий (сокращение трудозатрат, снижение расхода материалов и уменьшение затрат на закупку) доказали свою краткосрочную эффективность, но не оправдали себя с точки зрения обеспечения рентабельности в долгосрочной перспективе.

Вместо этого, как утверждается в отчете, производители полупроводников могут более эффективно управлять затратами и поддерживать более высокую рентабельность за счет повышения выхода годных изделий на всех стадиях производства. «Оптимизация выхода годных изделий долгое время расценивалась как одна из важнейших, но сложных в достижении целей, а следовательно, как конкурентное преимущество в производстве полупроводников», — говорится в отчете McKinsey & Company.

Подробнее о решениях Swagelok для полупроводниковой промышленности

Сквозной выход годных изделий можно повысить различными способами. Имеется значительный потенциал в одной порой упускаемой из виду области процесса изготовления полупроводников — критически важных жидкостных и газовых системах и компонентах для транспортировки галогенсодержащих технологических газов-реагентов от места хранения до камеры осаждения. Технологические условия становятся все более сложными, а газы-реагенты все более легкими и агрессивными, поэтому данные системы должны обеспечивать максимальную эффективность работы, которая в большой степени зависит от материалов, из которых изготовлены компоненты системы.

В современных условиях производства полупроводниковых микросхем нержавеющая сталь невысокого качества зачастую не обеспечивает требуемого уровня эффективности работы. Ниже объясняется, как компоненты жидкостных и газовых систем, изготовленные из высококачественных материалов, способствуют повышению выхода годных изделий на каждом этапе производственного процесса и какие факторы следует учитывать производителям полупроводников при выборе нержавеющих сталей.

Влияние жидкостных и газовых систем на потенциал выхода годных изделий.

Влияние жидкостных и газовых систем на выход годных изделий главным образом обусловлено двумя ключевыми факторами — загрязнением и коррозией.

Во-первых, по мере уменьшения размеров транзисторов стойкость к загрязнению становится все более важной характеристикой для условий производства сверхвысокой степени чистоты. Даже микроскопические посторонние частицы могут стать серьезной проблемой. Правильно подобранные компоненты жидкостных и газовых систем могут ограничить попадание загрязнителей в техпроцесс изготовления микросхем, тем самым способствуя повышению объемов выпуска годных микросхем в рамках производственного процесса.

Во-вторых, при производстве микросхем все чаще используются более агрессивные технологические газы, для которых может потребоваться более высокая рабочая температура. В связи с этим повышается вероятность возникновения коррозии. Любой простой оборудования, вызванный необходимостью заменить подвергшиеся коррозии клапан, фитинг или трубку в таких системах, может привести к остановке производства и существенному уменьшению общего объема выпуска продукции. Превосходная стойкость к коррозии может помочь производителям избежать подобных простоев. Немаловажную роль здесь играет и безопасность — компонент системы, работающий ненадлежащим образом, может стать причиной потенциально опасной утечки.

Повышение эффективности работы благодаря стратегическому подходу к выбору материалов

Состав нержавеющей стали с оптимальным балансом между сплавами с высокими эксплуатационными характеристиками и остальными составляющими имеет важнейшее значение для условий производства полупроводников.

К примеру, повышенное содержание хрома, никеля и молибдена в нержавеющей стали повышает прочность материала и его способность противостоять коррозии в результате контакта с агрессивными технологическими средами. В составе должны присутствовать и некоторые другие вещества: например, определенное содержание серы необходимо для обеспечения оптимальной обработки поверхности компонента и его свариваемости. Важно обеспечить баланс между целым рядом характеристик, что требует от производителя высокого уровня знаний и опыта работы в области металлургии и материаловедения.

Расширьте свои знания в области материаловедения с помощью Swagelok

Тем не менее особое значение при производстве полупроводников имеют чистота и отсутствие примесей. Чистоту можно улучшить за счет использования в нержавеющей стали высокочистых материалов с минимальным количеством примесей с помощью таких процессов, как аргоно-кислородное обезуглероживание (AOD), вакуумно-индукционный переплав (VIM) и вакуумно-дуговой переплав (VAR). Кроме того, производитель должен применять строгие методы испытаний и контроля качества, такие как ультразвуковая дефектоскопия, токовихревая дефектоскопия и другие методы, позволяющие выявлять даже мельчайшие внутренние и внешние дефекты, которые могут поставить под угрозу чистоту. Дополнительная механическая обработка, например электрополировка и пассивирование определенных материалов, могут еще больше улучшить чистоту компонентов.

Для того чтобы уменьшить загрязнение, улучшить стойкость к коррозии и обеспечить повышение сквозного выхода годных изделий производителям полупроводников следует обратиться к надежным поставщикам компонентов жидкостных и газовых систем, которые хорошо понимают уникальные требования соответствующих критически важных систем и предлагают решения с оптимальной функциональностью и правильно подобранными материалами.

Идеальный поставщик должен:

• досконально разбираться в материаловедении и задачах, связанных с производством полупроводников;
• приобретать нержавеющую сталь высочайшего качества у надежных поставщиков;
• соблюдать точно определенные стандарты в отношении химического состава и обработки материалов;
• строго и тщательно испытывать все материалы, входящие в состав нержавеющих сталей;
• обеспечивать строгий контроль за материалами в ходе всего производственного процесса;
• отслеживать все составляющие нержавеющих сталей с момента поступления сырья и до момента отгрузки, обеспечивая 100-процентную отслеживаемость.

Поиск поставщика, обладающего всеми этими характеристиками, стоит затраченных усилий для производителей полупроводников, которые хотят добиться максимального объема выпуска продукции в современных условиях жесткой конкуренции. Поставщик, предлагающий продукцию с высокими эксплуатационными характеристиками, позволяющую свести к минимуму загрязнение и коррозию за счет правильного подбора материалов и соответствующей конструкции изделий, обладает значительным потенциалом с точки зрения окупаемости инвестиций.

Хотите узнать подробнее, как эффективно работающие жидкостные и газовые системы могут помочь вам обеспечить рентабельность в долгосрочной перспективе? Компания Swagelok обладает многолетним опытом поставки высокоэффективных компонентов систем для полупроводниковой промышленности. Свяжитесь с нашими специалистами уже сегодня и узнайте, какие преимущества вы получите.

Обратиться в региональный центр продаж и сервисного обслуживания Swagelok

¹ «Очередной шаг к повышению выхода годных полупроводниковых изделий» (Taking the next leap forward in semiconductor yield improvement), McKinsey & Company, 2 мая 2018 г.

Масрур Малик — менеджер компании Swagelok по полупроводниковой промышленности. За 22 года работы в компании он приобрел огромный технический опыт, помогая заказчикам в отрасли производства полупроводников. Он получил ученые степени в Университете Небраски в г. Линкольн (University of Nebraska-Lincoln) и на факультете менеджмента Weatherhead School of Management в Университете Западного резерва (Case Western Reserve University).

Шелли Тан —главный инженер-металлург компании Swagelok. За почти 20 лет работы в этой должности Шелли приобрела огромный опыт в области материаловедения применительно к различным критически важным жидкостным и газовым системам. Она получила степень к. т. н. в области материаловедения и инженерного дела в Университете штата Пенсильвания (Penn State University).