半導体製造の歩留まりを改善するには？温度ムラ・研磨工程・リアルタイム監視から考える

半導体製造における歩留まりは、 製造した製品やウェーハのうち、要求される品質を満たした良品が どの程度得られたかを見るための重要な指標です。

歩留まりが低下すると、同じ生産量でも得られる良品が減り、 材料、設備稼働、エネルギー、時間などのロスにつながります。 そのため半導体製造では、不良を検出するだけでなく、 不良につながる工程条件を把握し、改善することが重要です。

最終検査だけでは原因まで分からない

最終検査によって不良品を見つけることはできますが、 その結果だけでは「どの工程で」「いつ」「何が変化したのか」まで 判断できない場合があります。

原因を追うためには、製造工程の途中で起きている状態変化を測定し、 データとして残しておくことが重要になります。

歩留まりが低下していることが分かっていても、 原因となる工程や条件を特定できなければ改善につなげることはできません。 特に、多くの工程を経る半導体製造では、原因と結果が離れていることがあります。

半導体製造では、結晶成長、拡散、CVD、熱処理など、 温度条件が工程状態に関係する場面があります。 CMP・研磨工程でも、研磨中の温度変化や温度ムラを測定することで、 加工中の状態を把握する手がかりになります。

CMP・研磨工程では加工中の状態が見えにくい

研磨後のウェーハを検査すれば最終的な状態を確認できますが、 研磨している最中にどのような変化が起きていたのかは、 完成後の検査だけでは分かりにくい場合があります。

そこで、研磨中の温度変化をリアルタイムに測定し、 加工状態を確認するための情報として利用する考え方があります。

一点の温度だけでは温度ムラを捉えられない

測定する位置が一か所だけの場合、 研磨面の別の場所で発生している温度差を把握できないことがあります。 どの範囲の温度を確認したいのかに応じて、 測定方法や測定位置を検討することが重要です。

工程中の状態をリアルタイムに確認できれば、 最終検査の結果を待つだけでなく、 加工中に起きている変化を把握できるようになります。

異常の兆候に早く気づく

通常時の温度変化を把握しておけば、 いつもと異なる変化が発生したときに気づきやすくなります。

工程データを時系列で残す

温度履歴を記録しておくことで、 品質に問題が発生したときに、 その製造工程でどのような状態変化があったのかを後から確認できます。

品質結果と工程状態を比較する

温度データと品質結果を比較することで、 特定の温度変化と品質状態にどのような関係があるのかを検討できます。

改善前後を比較する

工程条件を変更した前後の温度データを比較すれば、 改善施策によって工程状態がどのように変化したかを確認する材料になります。

温度データを歩留まり改善に活用するためには、 温度を測るだけでなく、記録し、変化を監視し、 品質結果や工程条件と比較できる状態にすることが重要です。

温度データだけで歩留まりの原因が決まるわけではない

歩留まりには複数の要因が関係するため、 温度データだけで不良原因を断定することはできません。 温度は、工程状態を把握するための情報の一つとして、 装置条件や加工条件、品質結果などとあわせて確認することが重要です。

CMP・研磨工程などで温度測定を検討する場合は、 まず何を把握したいのかを整理することが重要です。

歩留まり低迷の真因仮説、温度ムラとCMP・研磨の関係、 リアルタイム監視の必要性、 チノーの研磨工程向け温度計測システムについて、 PDF資料で詳しく確認できます。

半導体製造における歩留まり向上への道

工程中の状態把握と温度計測という観点から、 歩留まり改善について整理した資料です。

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