최적화된 합금 솔루션으로 반도체 수율 극대화하기

최적화된 소재로 반도체 제조 수율 개선하기

마수르 말리크, 반도체 시장 관리자, 스웨즈락 & 셸리 탱, 수석 야금 엔지니어, 스웨즈락

급속한 혁신은 치열한 경쟁의 반도체 환경에서 필수입니다. 현대 세계의 많은 부분은 점점 더 작은 트랜지스터를 이용해 높은 수준의 처리 능력을 생성하는 점점 더 강력한 칩 개발에 의존합니다. 주어진 칩의 트랜지스터 수가 2년마다 두 배가 된다는 무어의 법칙은 1970년대 이래로 사실로 입증되었으며, 오늘날 트랜지스터 개발에 계속 영향을 미치고 있습니다.

제조업체는 물론 이러한 혁신 수요를 자체 생산량과 수익성 극대화 능력과 균형 있게 맞춰야 합니다. 어떻게 할까요? 맥킨지 앤드 컴퍼니¹의 최근 보고서에 따르면 인건비 절감, 자재 소비 절감, 글로벌 조달 지출 절감 등 몇 가지 일반적인 전략이 단기적으로 효과적이었으나 장기적 수익성 향상에는 기여하지 못했습니다.

대신 보고서는 반도체 제조업체가 엔드투엔드 수율 개선을 통해 비용을 더 효과적으로 관리하고 더 높은 수익성을 유지할 수 있다고 제안합니다. "수율 최적화는 오랫동안 반도체 운영에서 가장 중요하면서도 달성하기 어려운 목표 중 하나로 간주되어 왔으며, 따라서 경쟁 우위입니다."라고 맥킨지는 말합니다.

엔드투엔드 수율은 다양한 방식으로 개선할 수 있지만, 반도체 제조 공정에서 때때로 간과되는 영역인 저장소에서 증착 챔버로 반응성 할로겐 가스를 이송하는 중요한 유체 시스템과 부품에서 상당한 잠재력이 있습니다. 공정 조건이 더 까다로워지고 반응성 가스가 더 가볍고 공격적으로 변함에 따라, 이러한 시스템은 최고 수준의 성능을 제공해야 하며, 그 대부분은 소재에 달려 있습니다.

오늘날 반도체 칩 생산 환경에서 저급 스테인리스강은 종종 필요한 성능 수준을 제공하지 못합니다. 여기서는 더 높은 품질의 소재로 만든 유체 시스템 부품이 어떻게 더 높은 엔드투엔드 수율에 기여할 수 있는지, 그리고 반도체 제조업체가 스테인리스강을 지정할 때 고려해야 할 사항을 설명합니다.

유체 시스템이 수율 잠재력에 미치는 영향

유체 및 가스 시스템이 수율에 미치는 영향은 주로 두 가지 핵심 요인에 의해 영향을 받습니다: 오염과 부식.

첫째, 공정 트랜지스터가 계속 작아짐에 따라 오염 저항성은 초고순도 생산 환경에서 점점 더 중요한 성능 특성이 되고 있습니다. 미미한 미세 이물질도 큰 문제를 일으킬 수 있습니다. 올바른 유체 시스템 부품은 칩 제조 공정으로 오염 물질 유입을 제한함으로써 생산 런 동안 생존 칩의 더 높은 볼륨에 기여할 수 있습니다.

둘째, 반도체 생산 공정이 점점 더 공격적인 공정 가스를 사용하고 점점 더 높은 운전 온도를 요구함에 따라 부식 가능성이 증가합니다. 이러한 시스템에서 부식된 밸브, 피팅, 튜브 교체 필요로 인한 다운타임은 생산을 중단시키고 전체 수율을 크게 감소시킬 수 있습니다. 우수한 내식성은 제조업체가 이러한 유형의 다운타임을 피하는 데 도움이 됩니다. 안전도 여기에서 주요 고려사항입니다. 제대로 성능을 발휘하지 못하는 시스템 부품은 잠재적으로 위험한 누출로 이어질 수 있습니다.

전략적 소재 선택을 통한 고성능 달성

고성능 합금과 잔류 성분의 최적화된 균형을 가진 스테인리스강 제형은 반도체 생산 환경에 필수적입니다.

예를 들어, 스테인리스강 제형에서 크롬, 니켈, 몰리브덴 수치 상승은 공격적인 시스템 매체와의 접촉으로 인한 부식에 대한 재료의 강도와 견딜 능력을 모두 높입니다. 특정 잔류 성분은 제형에 남아 있어야 합니다. 예를 들어, 최적의 최종 사용 부품 표면 마감과 용접성을 보장하기 위해 황의 특정 균형이 필요합니다. 이는 균형을 맞추기 어려운 성능 특성 조합이며, 야금학과 재료 과학에 높은 수준의 경험과 지식을 가진 제조업체가 필요합니다.

반도체 제조에서는 청결도와 순도가 매우 중요합니다. 아르곤 산소 탈탄소화(AOD), 진공 유도 용해(VIM), 진공 아크 재용해(VAR) 같은 공정을 통해 스테인리스강의 불순물을 최소화한 고순도 소재를 사용하면 청결도를 높일 수 있습니다. 엄격한 품질 관리와 테스트 방법도 제조업체가 배치해야 합니다. 초음파 시험, 와전류 시험 등의 조치는 순도를 해칠 수 있는 가장 작은 내부 또는 외부 결함도 탐지할 수 있습니다. 가공 후 처리(특정 소재의 전기연마 및 패시베이션)는 부품 청결도를 더 향상시킬 수 있습니다.

유체 시스템 부품 공급업체에서 찾아야 할 것

오염 감소, 내식성 개선, 더 높은 엔드투엔드 생산 수율 기여를 위해 반도체 제조업체는 중요한 애플리케이션의 고유한 니즈를 이해하고 최적화된 기능과 소재 구조를 가진 솔루션을 제공하는 검증된 유체 시스템 부품 공급업체를 찾아야 합니다.

이상적인 공급업체는 다음을 할 수 있어야 합니다:

• 재료 과학과 반도체 제조 과제를 철저히 이해
• 검증된 공급업체로부터 최고 품질의 스테인리스강 조달
• 엄격하게 지정된 소재 화학 및 가공 표준 유지
• 모든 스테인리스강 소재를 엄격하고 철저히 테스트
• 제조 공정 전반에 걸쳐 소재를 엄격하게 관리
• 원자재부터 출하까지 모든 스테인리스강 소재를 100% 추적 가능하게 추적

이러한 각 속성을 보여주는 공급업체를 찾는 노력은 이 치열한 경쟁 공간에서 최고 출력을 달성하고자 하는 반도체 제조업체에게 가치가 있습니다. 적절한 소재 선택과 제품 설계를 통해 오염과 부식을 최소화하는 고성능 제품을 제공하는 공급업체를 찾는 것은 상당한 ROI 잠재력을 가집니다.

최적화된 유체 시스템이 장기적 수익성 향상을 달성하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 더 알고 싶으신가요? 스웨즈락은 반도체 산업에 고성능 부품을 제공한 수십 년의 경험을 가지고 있습니다. 우리 팀에 연락해 오늘 어떻게 혜택을 볼 수 있는지 알아보세요.

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

마수르 말리크는 스웨즈락 컴퍼니의 반도체 시장 관리자입니다. 회사에서 22년 동안 반도체 시장 고객을 돕는 중요한 기술 경험을 가지고 있습니다. 네브래스카-링컨 대학교와 케이스 웨스턴 리저브 대학교 웨더헤드 경영대학원 학위를 보유하고 있습니다.

셸리 탱은 스웨즈락 컴퍼니의 수석 야금 엔지니어입니다. 이 역할에서 거의 20년 동안 다양한 중요 유체 시스템 애플리케이션에서 재료 과학에 대한 중요한 경험을 가지고 있습니다. 펜실베이니아 주립 대학교에서 재료 과학 및 공학 박사 학위를 보유하고 있습니다.