半導体工場の7つのプロセスエリアは、それぞれ何をしている？

半導体工場の前工程は、よく7つのプロセスエリアに分かれています。リソグラフィが回路パターンを焼き付け、エッチングがそのとおりに削り、成膜が新しい材料の層をつけ、CMPが表面を平らに磨き、拡散炉が高温で酸化膜をつけたり結晶を修復したりし、イオン注入がシリコンに原子を打ち込み、洗浄が工程と工程のあいだで表面をきれいにします。同じ仕事をする装置を集めたものがひとつのエリアです。ウェーハはこれらのエリアのあいだを何百もの工程にわたって行き来し、1層ずつ積み重なったチップになります。

なぜエリアに分けるの？

チップは一度にはできず、1層ずつ積み上げていくからです。1層の基本的な流れはだいたい、材料の層をつける（成膜か拡散炉）→ その層のパターンを焼く（リソグラフィ）→ パターンで守られていない部分を削る（エッチング）、必要なら原子を打ち込む（イオン注入）→ 洗う（洗浄）→ 平らにする（CMP）→ 次の層へ、です。何十層も重ねるうちに、どのエリアも何度も通ります。同じことをする装置を集めると、条件を管理しやすく、仕事も分けやすくなります。

リソグラフィでは何をしている？

リソグラフィは、ウェーハにレジストを塗り、露光装置でフォトマスク越しに光を当て、現像して、回路パターンをレジストに焼き付けます。部屋の照明が黄色いのは、レジストが青い光やそれより短い波長の光に反応するからです。パターンがくっきり焼けているか、下の層ときちんと重なっているか（重ね合わせ）が、リソグラフィでいちばん気になるところです。リソグラフィエンジニアで遊ぶ · リソグラフィの装置エンジニアで遊ぶ

エッチングでは何をしている？

エッチングは、レジストで覆われていない材料を取り除き、パターンを下の層に刻み込みます。細いパターンはたいていプラズマを使う「ドライエッチング」で、まっすぐ深く削れます。薬液を使う「ウェットエッチング」もあり、こちらは四方八方に溶けていきます。足りなければ穴が抜けず、やりすぎると下の層を傷めます。エッチングのプロセスエンジニアで遊ぶ · エッチングの装置エンジニアで遊ぶ

成膜では何をしている？

成膜エリアでは、数ナノメートルから数百ナノメートルのとても薄い絶縁膜や金属膜をウェーハにつけます。よく使われる方法は3つ。ガスを表面で化学反応させてつける（化学気相成長、CVD）、プラズマでターゲットの原子をはじき出してウェーハに積もらせる（物理気相成長、スパッタリング）、原子1層ずつつける（原子層堆積、ALD）。ALDは深くて細い穴の中までおおえます。このエリアが気にするのは、膜の厚さと均一さ、そしてパーティクルがないかです。成膜のプロセスエンジニアで遊ぶ · 成膜の装置エンジニアで遊ぶ

CMPでは何をしている？

CMPは化学機械研磨（平坦化）です。層を重ねるたびに表面はでこぼこになります。スラリーが表面をやわらかくし、回転する研磨パッドがそれを平らに磨きます。平らになれば、次のリソグラフィがきちんと位置を合わせられます。金属配線をつくるときは、余分な金属を磨き取って溝の中だけに残すのにも使います。足りなければ残りかすが、磨きすぎると配線が細くなります。CMPのプロセスエンジニアで遊ぶ · CMPの装置エンジニアで遊ぶ

拡散炉では何をしている？

拡散炉は、ウェーハを1バッチまとめてラックに並べ、とても熱い長い管の中に入れます。一度に100枚以上入ることもよくあります。酸化膜をつけたり、熱で打ち込んだ原子を落ち着かせ、乱れた結晶を修復したりします。拡散炉でつける膜もあります。結果を決めるのは温度と時間で、熱の影響は積み重なっていきます（熱履歴）。一炉で何か起きれば、そのバッチ全部に響きます。拡散炉のプロセスエンジニアで遊ぶ · 拡散炉の装置エンジニアで遊ぶ

イオン注入では何をしている？

イオン注入は、ホウ素やリンなどの原子を電気を帯びたイオンにし、電界で加速してシリコンに打ち込みます。どこにどれだけ電気を通すかが、これで決まります。これがドーピングです。打ち込む数（ドーズ）が電気の通りやすさを、打ち込む速さ（エネルギー）が深さを決めます。たいていその後に熱処理をして、原子を落ち着かせ結晶を元に戻します。間違って打ち込んだ原子は取り出せないので、このエリアは設定ミスをいちばん恐れます。イオン注入のプロセスエンジニアで遊ぶ · イオン注入の装置エンジニアで遊ぶ

洗浄（ウェット洗浄）では何をしている？

洗浄は工程と工程のあいだで、薬液を使って表面のパーティクル、有機物、金属、ごく薄い自然酸化膜を取り除き、超純水ですすいで回転乾燥させます。フロー全体の中で、いちばん回数の多い工程のひとつです。洗ったばかりの表面は置いておくと変わってしまうので、洗浄と次の工程のあいだには時間の上限（Qタイム）があることがよくあります。洗浄のプロセスエンジニアで遊ぶ · 洗浄の装置エンジニアで遊ぶ

測定はどのエリア？

ほとんどのエリアが、処理のあとに測ります。膜厚、線幅、重ね合わせ、パーティクル。測定装置は各エリアのそばにあるものも、まとめて置かれているものもあります。結果は管理図に記録され、ずれれば誰かが対応します。エリアにはたいてい、できたものが正しいかを見るプロセスエンジニアと、装置を動かし続ける装置エンジニアがいます。2人の分担は「プロセスエンジニアと装置エンジニアはどう違う？」へ。

fab24hrでは

fab24hrでは、量産工場も開発ラインもこの7つのエリアに分かれていて、それぞれにプロセスと装置の役割があります。「出勤」を押して「工場の一日」を選び、「役割を変える」で工場、仕事、エリアを選びます。リソグラフィの黄色い照明、一炉に100枚以上、打ち込んだ原子は取り出せないことなどは、公開されている一般的な資料をもとに書いています。装置番号、ロット番号、数字、人物は架空のもので、どの会社のやり方を示すものでもありません。