装置が直ったのに、なぜ「テストラン」をするのか

装置が直ったのにテストランをするのは、「直った」が証明しているのは装置が動くことだけで、作るものが正しいかどうかはまだわからないからです。テストランとは、装置のPMや修理のあと、まず出荷しないまっさらなウェーハ（テストウェーハ）を何枚か入れ、決まった条件で一度流して、できたものを測ることです。規格内で、しかもその装置のふだんの数字に近ければ、装置は復旧して生産に戻れます。英語では qualification（略して qual）、メンテナンス後にもう一度やるものは requalification とも呼ばれます。

車の整備工場でブレーキを替えたあと、整備士がまず自分で近所を一周し、何度かブレーキを踏んでから鍵を返すのに少し似ています。PMのあとに通る関門の一覧は「装置のPM（予防保全）とは？」にあります。この記事は、そのうちのテストランだけを扱います。

直ったなら、なぜすぐ製品を流さないのか

理由は3つあります。

1. チャンバーの中が前と同じではない。部品を替えたりチャンバーを開けたりすると、内壁の状態、中に残った水分、部品の位置が、止める前とは違います。きれいに清掃したばかりの内壁では、最初の何枚かがかえっていつもと違う削れ方をします。研究者はこれを「ファーストウェーハ効果」（first wafer effect）と呼んでいます。
2. 修理そのものに間違いがあるかもしれない。部品がきちんと座っていない、継ぎ手が締め切れていない。その場では気づかないことがよくあります。
3. 賭けに負けたときの損が違いすぎる。テストウェーハはまっさらなので、だめになったら1枚替えればすみます。お客さんのウェーハは1ケースに最大25枚で、どの1枚もすでに前の工程をたくさん通ってきています。それで試してロットを1つ失敗すれば、テストウェーハ数枚とは比べものにならない損になります。

テストランはどうやるのか：順番に見る

ステップ1：装置を止める

何をする：装置を計画どおりPMにかけるか、故障してアラームが出たら、状態をダウンにして、後ろのロットを入れません。なぜ：開けて手を入れる以上、中でロットが流れていてはいけません。やらないと：ロットが予定どおり入り、壊れた装置や分解途中の装置の中で不良になります。

ステップ2：装置エンジニアが直して引き渡す

何をする：装置エンジニアが部品を替え、組み立て直し、真空引きとリークチェックをして、ハードウェアに問題がないことを確かめてから、プロセスエンジニアに装置引き渡しをします。なぜ：先に「動くかどうか」を確かめておけば、テストランで測れるのは「正しく作れるかどうか」になります。やらないと：継ぎ手がまだ漏れていてテストランが通らず、ハードウェアの問題なのか条件の問題なのかも区別できません。

真空引きになぜ時間がかかるかは「半導体の装置は、なぜ真空にするのか」へ。

ステップ3：テストウェーハを流して測る

何をする：まずダミーウェーハを何枚か流して、清掃したばかりの内壁を落ち着かせます（シーズニング）。それからテストウェーハを決まった試験条件で流し、測定に回します。この2つを誰がやるかは、工場によって違います。エッチング装置なら、よく見るのは次の3つです。

• エッチングレート：テストウェーハには膜が1層ついています。エッチングの前に厚さを測り、終わったらもう一度測ります。差を時間で割ると、1分間にどれだけ削れたかがわかります。
• 均一性：同じ1枚の上でたくさんの点を測り、中心と端で同じように削れたかを見ます。
• パーティクル：流す前に一度数え、流したあとにもう一度数えます。増えたパーティクルは、装置そのものから落ちたものです。

なぜ：3つはそれぞれ「十分に削れたか」「ウェーハ全体が同じか」「きれいか」に答えます。やらないと：1つだけ、たとえばエッチングレートだけ見て合っていても、かけらがたくさん落ちていることには気づきません。

膜をつける装置や注入装置で測るものは違います。「モニターウェーハ、ダミーウェーハとは？」へ。

ステップ4：規格を見て、その装置のふだんの数字とも比べる

何をする：数字をまず規格と比べ、次にその装置のこれまでの数字、たとえばその装置自身の管理図と比べます。なぜ：規格が教えるのは「合格か不合格か」、ふだんの数字が教えるのは「前と同じかどうか」です。規格内でも、ふだんと明らかに違えば、装置の中で何かが変わったということ。そんなときは、もう何枚か流して確かめることがよくあります。やらないと：毎回「ぎりぎり合格」のまま、装置が少しずつずれていき、本当に規格を外れたときには、もうたくさんのロットが流れています。

管理図の見方は「SPCの管理図とは？」へ。

ステップ5：両方が通って、はじめて復旧

何をする：プロセスエンジニアが結果を確かめ、装置を生産に戻し、製造部にロットを流してよいと伝えます。通らなければステップ2に戻り、装置エンジニアがもう一度調べ、直してから、またテストランです。なぜ：装置エンジニアが引き渡すのは「装置が動く」こと、プロセスエンジニアが確かめるのは「作ったものが正しい」こと。半分ずつ、責任を持つ人がいます。やらないと：片方だけで決めてしまうと、残りの半分は誰も見ていません。

2種類のエンジニアの分担は「プロセスエンジニアと装置エンジニアはどう違う？」へ。

ステップ6：復旧のあと、最初の何ロットかは少し多めに見る

何をする：復旧後の最初の何ロットかは測定結果をもう一度よく見て、替えたばかりの部品にかかわるセンサーの数字も何日か見張ります。工場によっては、そのロットをいつもより多めに測ります。なぜ：テストウェーハは数枚、条件も1通りだけです。替えたばかりの部品の問題は、最初の1枚で出るとは限りません。やらないと：少しずつ悪くなるタイプの問題は、何ロットもあとになってやっと見つかります。

装置のセンサーがどう見張られているかは「FDCとは？」へ。

新しい装置の最初の検収と、PM後のテストランはどう違う？

どちらも「先に証明して、それから生産」ですが、証明するものが違います。

	新しい装置の最初の検収	PMや修理のあとのテストラン
いつ	工場に運び込んで据え付けたとき	PM、修理、チャンバー開放のたび
何を証明する	約束したことができて、生産に使えること	止める前と同じ状態に戻ったこと
何と比べる	買い手と売り手が前もって決めた条件	規格と、その装置自身のこれまでの数字
どのくらいかかる	長い。試す項目が多い	短い。テストウェーハ数枚

新しい装置には、比べる「ふだん」がまだありません。契約どおりの検収に通ったあとも、しばらく流して自分の数字をためてから、ようやくその装置の管理限界線が引けます。そのあとのテストランは毎回、その数字と比べます。新しい装置が搬入から検収のサインまでどう進むかは「装置メーカーのフィールドサービスエンジニア（FSE）は何をしている？」へ。

fab24hrでは

「出勤」を押して「工場の一日」を選び、「今日のあなたは」のカードで「量産工場」を押し、左右にスワイプしてプロセスエンジニアで止め、名前の下の「エッチング」を押すと、エッチングのプロセスエンジニアになります。

• 朝シフト「火消し」：ETCH-03のチャンバーAは02:47から止まったまま。朝会で課長に「何時に復旧できる？」と聞かれます。あとで装置のカイさんは「こっちが渡せるのは『装置が動く』ところまで。そこで作るものが正しいかどうかは、そっちのテストランが通ってはじめて決まる」。ハードウェアが引き渡されたら、まず真空ピンセットでテストウェーハを3枚、ウェーハケースに移します。手が揺れて、1枚落とすかもしれません。テストランでは2つの設定、シーズニングを何枚流すかと、真空引きとベークを何分やるかを動かして、エッチングレートとパーティクル増加数（10個以下）を同時に規格内に入れます。足りなければ通らないし、やりすぎれば後ろのロットがみんな待ちます。合格したら、製造部のユンさんにロットを流してよいと伝えます。カイさんは、新しいESCのHe流量を3日続けて見ると言います。「チップの一生」第7章「火消し」も、この朝です。
• 夜シフト「帰れそうで帰れない」：先に帰らなければ、カイさんに、チャンバーAのHe流量をちょっと見ていてほしいと頼まれます。1枚ごとに少しずつ高くなり、警告ラインに届いて、黄ランプがつきます。黄ランプを消して帰るか、起票するか。決めるのはあなたです。
• 午後の検討会から夜の引き継ぎまでのあいだ、測定装置に戻って見ることもできます。復旧後、もう3ロットが測られています。線幅は中心線のあたりに戻ったでしょうか。

エッチング装置エンジニア（スワイプして装置エンジニアで止め、名前の下の「エッチング」を押す）としてプレイすると、朝シフトはESCの交換のあと、装置引き渡しで終わります。引き渡しの前の手順には、省けるものがあるかもしれません。リークチェックを省くと、最初のテストウェーハでHe流量が警告ラインを超え、もう一度チャンバーを開けることになります。

ゲームに出てくる会社・人物・装置番号・数字は架空で、テストランの画面の規格にも「数字はイメージです」と書いてあります。テストランとは何か、なぜやるのかは、公開されている一般的な資料をもとに書いています。実際に何を試し、規格がいくつかは、装置の種類ごと、工場ごとに違います。ほかの用語は「半導体工場の業界用語を、やさしく解説」へ。