优化这些应用以建造更具盈利能力的半导体Fab厂
使Fab厂运营更具盈利能力的三个流体系统的重点领域
全球半导体市场继续经历着巨大的增长。截至 2023 年 2 月，半导体工业协会 (SIA)报告称 2022 年全球半导体行业销售总额为 5735 亿美元，是有史以来最高的年度总额，与 2021 年的 5559 亿美元相比，增长了 3.2%。
满足需求取决于建造新的半导体Fab厂和优化现有Fab厂。仅在 2022 年底，美国就有 46 个新的半导体Fab厂项目宣布。但这一数据只说明了部分问题，因为预计未来几年的需求将激增。
有无数的流体系统和应用使价值数十亿美元的半导体制造设施的运作成为可能。对于晶圆厂来说，降低芯片生产能力方面的风险不仅需要优化芯片生产过程，还需要优化整个设施的高纯度气体和化学品分配系统。
我们请三位知识渊博的世伟洛克现场工程师告诉我们，根据他们的经验，如何才能在整个工厂的关键流体系统中更好地实现成本、劳动力和时间的节约。继续阅读，看看他们都说了些什么。
新晶圆厂中的施工用氩气
建设一座新的半导体工厂是一项艰巨的任务。通常情况下，建造关键流体系统涉及诸多现场工程、采购和工程公司 (EPC) 来进行安装，有时需要数百名焊工同时建造关键流体系统。
设施中的每个焊接点都必须保持适当的氩气流量，以达到吹扫的目的。吹扫 — 防止焊缝上出现氧化和污染 — 在大多数一般工业焊接应用中都很重要，但在高纯或超高纯应用中尤其如此。
“未达到指定氩气流量的焊缝会从焊缝的颜色上可以看出。”
世伟洛克美国西南部现场工程师 Margaret Brennan
“如果您看到多种颜色 [图 1]— 有时被称为“糖色” — 则说明没有足够的氩气流过焊缝的内管道。而这对半导体流体系统来说是不可接受的。它不仅会导致污染，而且还会对焊接的完整性产生负面影响。”
据 Brennan 说，为了获得始终如一的有助于提高施工项目效率的高质量焊接，需要两件重要的事情。
“首先，焊工需要在他们从一处焊接到另一处焊接的过程中获得施工用氩气，”她说。“焊工可使用一种可移动的、符合人体工程学的吹扫棒或面板，帮助他们继续以良好的效率从一处焊点移到另一处焊点。”
第二个需求更为复杂。来自众多 EPC 的不同技能水平的焊工可能同时在现场工作。而且，由于半导体生产需要尽快提高新晶圆厂的产量，设施业主可能会与没有半导体流体系统工作经验的 EPC 签订合同。
没有适当氩气流量就进行焊接会导致污染，并会对焊接的完整性产生负面影响。
“主要半导体制造商知道高纯和超高纯系统需要什么，但他们雇用的承包商可能没有这种水平的具体知识，” Brennan 说。“这意味着培训是至关重要的。比方说，各地都在建造晶圆厂，而半导体生产商雇用的承包商可能在石油和天然气市场拥有其大部分流体系统经验。许多承包商在工作中学习复杂的半导体专用焊接方法，这并不罕见。”
Brennan 投入了很多时间实施培训计划，重点关注帮助焊工使用轨道焊接设备进行一致的、高完整性的焊接，将污染的可能性降低。
“半导体流体系统污染的影响可能是巨大的，” Brennan 说。“因此，我们努力使建造者具备高效且有效地完成工作所需的技能，从而使工厂建设能够在计划和预算之内进行。”
冷却器设备的隔温软管
保持一致的、可重复的芯片制造工艺所需的合适温度，需要使用高质量、防泄漏、隔温的流体系统元件，如冷却器软管。
冷却器软管必须能够维持热交换器流体的极端目标温度。
当薄膜沉积和蚀刻时，用于向半导体制造工艺室提供冷却液，这些软管必须能够保持热交换器液体的极端目标温度（在前沿工艺节点的干式等离子蚀刻中低至 -90°F/-130°F）。世伟洛克日本现场工程师 Takashi Matsumoto 说，由于软管需在零度以下输送液体，如果没有适当的隔绝措施，很有可能在软管上形成不必要的冷凝水。
“冷凝水会对半导体工厂造成严重破坏。从冷却器软管上落下的水滴会损坏Sub-Fab中支持设备上的电气元件，这可能会导致晶圆加工设备的停机。冷凝水的水滴由于其相似的外观，也会被误认为是危险的化学品。”
世伟洛克日本现场工程师 Takashi Matsumoto
Matsumoto说，缓解冷凝的答案在于两个方面：高性能的隔绝材料和合适的软管布线。
大宗特种气体处理系统
半导体制造工艺需要将众多惰性和高纯度的特种气体 — 包括氨气、氯化氢、三氯化氮和其他气体 — 从钢瓶或储罐中可靠地、可重复地输送到生产工具中。这就要求气体分配系统的设计和工程定制能够满足高度专业化的需求。
“大宗特气输送系统的目标之一是确保没有不必要的空气、氧气、水分或任何其他杂质侵入整个系统。”
世伟洛克台湾现场工程师 Tony Chao
并非所有不锈钢都具有同等的特性
在所有不锈钢中，铬和镍对耐腐蚀性和延展性具有重要作用。但并非所有棒料都是相同的。寻找含量高于 ASTM 最低标准要求的镍和铬的不锈钢配方，这有助于提高性能。
“气柜的流通密封性对于维护安全性同样至关重要，因为这些气体如果泄漏到大气中，可能是有毒或高度可燃的，”世伟洛克台湾现场工程师 Tony Chao 说。
大宗特气应用的关键性质要求高集成度的卡套管、卡套管接头、阀门、调压阀和其他关键气体输送元件。为了避免危险的泄漏，所有元件都应由高质量的材料制成，Chao 说。
“这些类型的许多气体可能具有高度腐蚀性，因此您需要每个元件都采用高质量的不锈钢材料，”他说。“腐蚀会导致超高纯工艺受到不可接受的污染，并可能导致泄漏。”
元件的完整性并不是大宗特种气体分配的唯一关切。妥善的系统设计和优秀做法可有助于防止意外停机，提高安全性，这将确保晶圆厂全天候运行。
“我们的团队有多年设计和定制半导体专用气体输送系统的经验，我们帮助我们的客户优化性能，并在他们遇到问题时进行故障排除，” Chao 说。“通常，从事这类系统的 EPC 来自石化领域，而我们能够提供与半导体领域相关的见解。
使用氩气的轨道焊接、冷却器隔温软管和大宗特种气体系统只是半导体制造商可以优化流体系统应用的一部分，用以尽可能地提高其设施内的生产力、效率和盈利能力。
在这些流体系统应用或您的晶圆厂中的其他应用方面需要帮助？世伟洛克公司现场工程师可以帮助确定高纯和超高纯元件的规格，建议改进流体系统以尽可能地提高性能，并帮助维护流体系统以提高产能。您可以随时联系当地的世伟洛克授权销售与服务中心，从这些专业人士处获得客户定制的建议。您还可以在博客的其他地方找到关于如何处理关键半导体流体系统应用的更多见解。
