半導体製造現場の品質管理

はじめに

ここでは、高度にIoT化された半導体デバイス製造における品質管理の状況を説明させていただき、そのエッセンスをご理解していただいたうえで、他の製造業に係る方々の現場でも、品質管理に活かせることは無いか期待しています。品質管理でも、まずは見えるかですが、生産装置からのオンラインデータ取得が必要でありますが、そのデータの利用方法を述べさせて頂いております。

前提

　半導体デバイスの製造はウェハを準備し、そのウェハを多数の工程で順次処理することで進行します。一般に、半導体の製造工程は、「前工程」と「後工程」の二つに分けられますが、ここでは、「前工程」の製造現場における品質管理に関して議論したいと思います。
　その前にですが、半導体デバイスを製造するためには、その半導体デバイスが組み込まれて動作する電子機器から指定される要求性能が存在し、その要求性能を実現するための回路設計から品質の作りこみが実行されます。回路設計の結果である回路図は、その回路をシリコンウェハ上で作り上げるための露光パターニングマスクセット（数十枚の写真原版のセット）の作成が必要となります。このマスクセットを使い、「前工程」では、ウェハ上に回路が形成されていく工程が実行されます。半導体デバイスの品質は、これらの回路設計やマスクセットの出来栄えにも依存しており、「前工程」の作り込み品質へも大きな影響を与えます。更に、「前工程」で製造された半導体デバイスチップは、「後工程」のパッケージングが完了して、市場で利用される実際の半導体デバイスとして製品が完了しますので、「後工程」での作り込み品質も大きな影響があります。また、最終的な品質は、電子機器に組み込まれ、長年動作した時点で、その善し悪しが証明されることから、設計、製造、市場の利用状態までの製品の全ライフサイクルを通しての品質管理作業が必要です。
　しかしながら、ライフサイクルは、数年から数十年に渡っての期間となってしまうので、半導体デバイスの「前工程」での品質管理は、ウェハ上のチップ収率である歩留まりを指標に活動が展開されます。当然、同一製品が、市場で品質異常を発生してしまった場合には、「前工程」の作り込み品質に立ち戻り、改善活動が実行されます。