工場を建てて動かすまで

半導体の工場を、どこに建て、どのように建設し、装置を入れて、安定して作れるようになるまでの流れを説明する。土地選びで重視される水、電力、揺れ、人と物の流れの条件と、建物の特徴、装置の立ち上げ、良品の割合を上げていく段階を扱う。

工場は、すぐには動かない

前の分野のページで、需要が増えてもすぐには供給を増やせない理由として、工場をつくるのに時間がかかることを学んだ。このページでは、半導体の工場が、どのように建てられ、動き出すのかを見ていく。

半導体の工場は、クリーンルーム、超純水やガスの設備、多くの製造装置を備えた、大きく複雑な施設である。土地を選んでから、安定して製品を作れるようになるまでには、いくつもの段階がある。

どこに建てるか

工場を建てる場所を選ぶときには、多くの条件を考える。

* 水：超純水を作るために、たくさんの水を、安定して得られることが大切である。* 電力：一日中休まず動く設備のために、大量の電力を、止まらずに受け取れることが求められる。電気が一瞬止まったり、電圧が乱れたりするだけで、処理中のウェーハがだめになることがある。* 揺れ：細かい形を写す装置は、わずかな揺れも嫌う。地盤がしっかりしていること、近くに大きな揺れを起こすものがないこと、地震への備えができることが考えられる。* 人：工場を動かし、装置を保守する技術者や作業する人を、集められることが大切である。* 物の流れ：材料やガス、薬液を届け、できた製品を運び出すための道路や港、空港へのつながりが考えられる。

さらに、国や地域の支援の制度、取引先の工場との距離、周りの環境への影響なども、場所を選ぶ判断に関わる。

建物の特徴

半導体の工場の建物は、ふつうの工場とは違う特徴を持つ。

中心には、クリーンルームのある大きな階がある。その上には、空気を送る機械やフィルターのための空間があり、下には、空気を戻す床下の空間や、装置につながる配管や配線のための階がある。クリーンルームの階を、上下の設備の階ではさむような作りである。

建物の床は、重い装置を載せられ、揺れが伝わりにくいように、とても頑丈に作られる。柱の間隔を広くして、装置を並べ替えやすくすることもある。

建物の周りには、超純水を作る設備、ガスや薬液を保管して届ける設備、使った水やガスを処理する設備、電気を受ける設備などが並ぶ。

装置を入れて、立ち上げる

建物とクリーンルームができると、製造装置を運び込む。装置の多くは大きく重く、精密なので、揺らさないように慎重に運び、決まった位置に据え付ける。

据え付けた装置は、配管と配線をつなぎ、一台ずつ動かして調子を確かめる。装置を作った会社の技術者と、工場の技術者が協力して、設計どおりの性能が出るように調整する。この作業を「立ち上げ」と呼ぶ。

すべての装置が動くようになっても、それで完成ではない。工程をつないで、ウェーハを最初から最後まで流してみて、チップが正しくできるかを確かめる必要がある。

良品の割合を上げていく

工場が動き出したばかりのころは、作ったチップのうち良品の割合（歩留まり）が低いことが多い。工程の条件が十分に合っていなかったり、装置どうしのわずかな違いがあったりするためである。

そこで、少ない量でウェーハを流しながら、検査と故障解析で不良の原因を探し、工程の条件を一つずつ直していく。分野「検査・評価・信頼性」で学んだ検査や故障解析が、ここで大きな役割を果たす。

歩留まりが十分に上がり、品質が安定したら、顧客に製品を出荷できるようになる。そこから、作る量を少しずつ増やしていく。作る量を増やしていく段階を「量産への立ち上げ」と呼ぶことがある。

工場を建てる費用

半導体の工場を建てるには、非常に大きな費用がかかる。そのうち大きな部分を占めるのが、製造装置の費用である。微細化が進むほど、必要な装置は高価になり、工程の数も増えるので、工場全体の費用も大きくなる。

そのため、工場を建てるかどうか、どれだけの規模で建てるかは、会社にとって大きな判断になる。需要の見通し、顧客との約束、国や地域の支援などを考えて決められる。複数の会社が共同で工場を建てたり、顧客の会社が費用の一部を負担したりする形もある。

人を育てる

工場を動かすには、装置を保守する人、工程の条件を管理する人、不良の原因を探す人など、多くの専門の技術を持つ人が必要である。新しい工場では、こうした人を集め、育てることも大きな仕事になる。

すでに動いている工場で経験を積んだ人が、新しい工場の立ち上げを支えることも多い。工場の近くの学校と協力して、技術を学ぶ機会を作る取り組みもある。

動き出した後も、工場は変わり続ける

工場は、一度動き出したら終わりではない。新しい製品や、より細かい製造の技術に合わせて、装置を入れ替えたり、追加したりする。そのため、工場の建物は、あらかじめ将来の拡張を見越して作られることもある。

また、装置の保守、工程の改善、電力や水の使い方の見直しなど、工場を動かし続けるための仕事は、長い年月にわたって続く。

このページのまとめ

半導体の工場を建てる場所は、水、電力、揺れ、人、物の流れなどの条件で選ばれる。建物は、クリーンルームの階を上下の設備の階ではさむ作りで、頑丈な床を持つ。装置を運び込んで据え付け、一台ずつ調整して立ち上げる。動き出したばかりのころは歩留まりが低いので、検査と故障解析で原因を取り除きながら上げていき、品質が安定してから量産に移る。動き出した後も、工場は変わり続ける。