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Hitachi

株式会社 日立ハイテクノロジーズ

解説サイト「半導体の部屋」

 半導体製造工程の管理のため、「計測」と「検査」が重要です。
半導体ウェーハ製造の全工程は、400~600工程ほどあり、1カ月~2カ月かけてつくられます。工程初期に不良が発生すると、その後の長い工程の作業は、無駄になってしまいます。そこで、工程の要所要所に計測・検査工程を設け、一定の歩留まりを確認・維持しながら製造を進めて行きます。

計測

半導体ウェーハ処理工程における「計測」(Metrology)とは?

ウェーハ上の特定位置の回路パターンの線幅穴径等の寸法を測る(測長SEM)

(例)L=28nm,Φ=30nm

1nm:1ナノメーター、1/1,000,000,000m

ちなみに、以下のような寸法があります。
髪の毛:60~100μm(60,000~100,000nm)
バクテリア:1μm(1,000nm)
たばこの煙:100nm


個々のパターン

ウェーハ上の膜厚を測る(エリプソメータ等)

(例)D=100nm

シリコン基板

重ね合わせ誤差計測(重ね合わせ検査装置)

半導体基板上に転写された第1層パターンおよび第2層パターンのショット重ね合わせ精度を求める。


重ね合わせマークと誤差計測

 「計測」とは一般に、機器などを用いて数量などを計ることです。
「計測」は、しばしば測定(measurement)と同義に扱われますが、測定行為そのものだけではなく、誤差・精度や機器の性能・手段などを考慮して行う、より包括的な概念です。
パターン寸法が、仕様の範囲内に入っていないと、製造したデバイスが設計通りに動作しません。この場合、回路パターンの露光転写をやり直す(リワークする)ことがあります。
 測定点数は、半導体デバイスメーカーやデバイスによってまちまちです。1ロット(ウェーハ:25枚)でウェーハ:1~2枚、1ウェーハでダイ*:5~20個、1ダイ:10~100点程度の点数をサンプリングして計測します。新設計のデバイスでは、工程立ち上げ時には、1ウェーハで数千点におよぶ計測をすることもあります。

*
ダイ:
ダイ(die)とは、半導体ウェーハ上に並んでいる半導体デバイスの電子回路1つ1つを示します。ウェーハ上には、碁盤の目のように同じ電子回路のダイを多数作り込みます。ダイとは、切手シート上の切手1つ1つのようなものです。最終的には、これらを切断(ダイシング)し、切り出した半導体チップをパッケージングして最終半導体製品に仕上げます。

ウェーハ検査

半導体ウェーハ工程における「検査」(Inspection)とは・・・?

 検査装置を用いて基準に照らして、適・不適や、異常・不正の有無などを調べること。ウェーハ上の異物,欠陥の検出プロセスです。
 具体的には、欠陥の位置座標(X,Y)を求めることです。
欠陥の原因の一つは、ごみや異物の付着です。そのため欠陥は、何処に発生するか予測できません。ウェーハ上に欠陥が多く発生すると、回路パターンが正常に形成されず、パターンの欠けなどが発生します。欠陥が多い場合は、電子回路として正常に作動しないので、そのウェーハは、不良品としてロットアウト*になります。
 欠陥を検出して、場所(位置座標)を特定することが、検査装置の第一の役割です。

欠陥の位置座標(X,Y)

*
ロットアウト:
製造した製品が検査の段階で必要とされる仕様を満たしていないなど、欠陥が発見されたため、不良品となり、出荷できなくなること。
lot rejection、rejected lot