歩留まりを管理する：不良を減らす考え方

歩留まりを高く保つための考え方を説明する。歩留まりの意味、不良が出る原因の種類、チップの大きさと不良の関係、不良の場所の分布から原因を探す方法、製造の条件を変えて確かめる手順を扱う。

歩留まりは、収益を左右する

歩留まりは、作ったチップのうち、良品として使える割合である。ウェーハの上には、同じチップが多数並んで作られる。その一部が不良になると、良品の数が減る。ウェーハを作る費用は、良品の数にかかわらずほぼ一定なので、歩留まりが下がると、良品一個あたりの費用が上がる。

そのため、歩留まりは、半導体の製造では、最も重要な管理の対象である。わずかな歩留まりの違いが、工場の収益に大きく影響する。このページでは、歩留まりを高く保つための考え方を見ていく。

不良には、二つの種類がある

不良の原因は、大きく二つに分けられる。一つは、ごみや傷など、ランダムに起きる原因である。空気中の微粒子が付いたり、結晶の欠陥があったりして、ウェーハのあちこちで、偶然に不良が出る。

もう一つは、製造の条件が決まった方向にずれたために、同じ場所や同じ形で繰り返し起きる原因である。たとえば、露光の焦点が少しずれていたり、エッチングの深さがずれていたりする。この種類の不良は、ウェーハ全体や、特定の場所に偏って出る。原因を直せば、まとめて減らせる。

小さいチップほど、不良に強い

ランダムに起きる不良は、チップの面積に比例して、当たりやすくなる。同じ数のごみがウェーハにあっても、チップが大きいほど、ごみがチップに当たる確率が高い。

そのため、大きなチップほど、歩留まりが下がりやすい。小さなチップなら、ごみが当たったチップだけが不良になり、残りは良品になる。この理由から、大きなチップを、小さなチップに分けて作る考え方が出てくる。チップレットは、その例である。

不良の場所から、原因を探る

テストで見つかった不良のチップが、ウェーハのどこにあるかを、地図のように描くことができる。この地図を、ウェーハマップと呼ぶ。

不良の分布の形は、原因の手がかりになる。ウェーハの端に不良が集まっているなら、端での処理のむらが疑われる。縁に沿った輪の形なら、回転する装置の影響が疑われる。同じ場所の不良が、何枚ものウェーハに続くなら、特定の装置や、フォトマスクの欠陥が疑われる。ランダムに散らばっているなら、ごみが原因の可能性が高い。

検査の結果と、つなげて考える

製造の途中で行う検査や測定の結果も、原因の手がかりになる。ウェーハごとに、どの装置を、いつ、どの条件で通ったかを記録しておく。不良の多いウェーハに共通する装置や条件を探せば、原因に近づける。

大量のデータを、統計の方法で調べ、不良の原因になっている条件を探すことも行われる。何千ものウェーハと、何百もの工程の条件の中から、関係の深いものを見つけ出す作業である。

条件を変えて、確かめる

原因が見つかったと思っても、すぐに全体を変えることはしない。まず、少数のウェーハで、条件を変えて試す。変えた条件のウェーハと、変えなかったウェーハで、歩留まりに差が出るかを比べる。

差が確かに出たら、その条件を、工場全体に反映する。変えた後も、歩留まりが予想どおりに上がったかを見て、確かめる。この、見つけて、試して、確かめる流れを、何度も繰り返して、歩留まりを高めていく。

新しい製品を立ち上げるときが、大変

新しい製品や、新しい製造の技術を立ち上げるときは、歩留まりが低い。条件が決まりきっておらず、原因の分からない不良が多いからである。

量産に向けて、歩留まりを上げていく期間を、立ち上げと呼ぶ。この期間に、原因を一つずつ見つけて直す。立ち上げが早い工場ほど、新しい製品を早く、安く出せる。歩留まりの管理の力は、工場の競争力の一つである。

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