半導体工場の装置の中では何が起きている？タップして分解し、動くところを見る

半導体工場の装置は、外から見るとどれも大きな金属の箱です。fab24hrを遊んでいると「ETCH-03がまた止まった」「静電チャックがウェーハを吸着しない」といった声を何度も聞きますが、その部品がどんな形で、ウェーハが中で何を経験しているのかは、なかなか想像できません。今回の更新で、装置を分解して見られるようになり、いくつかは動くところも見られるようになりました。

「分解して見る」はどこから開く？

ゲームの中で装置をタップすると、説明カードのいちばん上に「分解して見る」があります。押すと、その装置の3Dモデルが開きます。

• 少しすると、装置がひとりでに分解し、部品ごとに番号がつきます。
• 指でドラッグすると回り、2本の指で拡大・縮小できます。
• 番号をタップするか、最初の部品から「次へ」を押していくと、部品ごとに1〜2文のやさしい説明が出ます。説明の中のわからない言葉は、タップすると解説が出ます。
• スライダーを「組み立て」に戻すと、部品が元の場所に戻ります。

量産工場、開発ライン、サブファブ、後工程工場に、分解できる装置があります。エッチング、成膜、リソグラフィ、炉、洗浄、研磨、イオン注入、計測、真空ポンプ、排ガス処理、そして後工程工場のプロービング、ダイシング、ワイヤボンディングです。

「動きを見る」では何が見られる？

いくつかの装置には「動きを見る」ボタンがあります。押すと、装置がいったん組み立て直されてから、一歩ずつ動き出します。画面の上に今していることが1文で出て、動いている部品が光り、カメラが近づきます。ひと回りすると最初からくり返し、「止める」を押すと元に戻ります。スマートフォンやパソコンで「視差効果を減らす」などの動きを減らす設定をしていると、「次へ」で一歩ずつ進む形になります。

エッチングチャンバー：プラズマで溝を掘る

ウェーハは横のバルブから入ってきます。下からリフトピンが上がって受け取り、静電チャックの上に下ろして平らに吸着します。チャンバーを真空に引き、エッチング用のガスを流し込みます。上のコイルに高周波の電力をかけると、ガスは光るプラズマになります。最後に下の電極がプラズマの中のイオンを引き下ろし、ウェーハにまっすぐ当てて、深くまっすぐな溝を掘ります。

リソグラフィ一周：回路をウェーハに「焼きつける」

始まりはコータデベロッパです。ウェーハの真ん中にレジストを垂らし、チャックを高速で回して薄く均一な膜にのばし、ホットプレートで乾かします。次にウェーハは露光装置へ。まずウェーハ全体の位置合わせマークと高さを測り、レーザーが点滅するなか、フォトマスクとウェーハが逆向きに一緒に動いて、縮小した回路パターンを1区画ずつ焼きつけます。コータデベロッパに戻ると、もう一度焼いてから現像液を広げ、光が当たったレジストが溶けて、回路のパターンが現れます（現像）。この一周では、2台の装置のあいだを自動で行き来します。

化学機械研磨：ウェーハを平らに磨く

化学機械研磨では、ウェーハを裏返し、表を下にして磨きます。研磨ヘッドが真空でウェーハを吸いつけ、研磨パッドに押し当てます。研磨液をパッドに垂らし、研磨定盤と研磨ヘッドが一緒に回って表面を平らにします。横ではドレッサーがパッドの上を行き来し、定盤の小さな窓が下からウェーハを見て、削れたところで止めます（終点検出）。定盤は3枚あり、1枚ごとに細かく磨きます。磨き終わると洗浄して振り切り乾燥し、乾いてから装置の外に出ます。

クラスタツール：ウェーハ1枚の出入り

多くの装置はプロセスチャンバーが1つではなく、真ん中の搬送チャンバーのまわりに複数のチャンバーが並んでいます。ロボットがウェーハケースから1枚取り出し、ひと回りさせて縁のノッチを探し、予備真空室に入れて真空に引きます。そのあと真空の中のロボットが目的のチャンバーへ運び、終わったら同じ道を戻ります。エッチングチャンバーや成膜のチャンバーを開くと、「続けて見る」から選べます。

なぜこれをつくったのか

ゲームのストーリーには、装置の部品の話がよく出てきます。静電チャックがウェーハを吸着しない、研磨パッドがすり減った、露光装置がコータデベロッパを待っている。これまでは想像するしかありませんでしたが、いまは装置を開いて、その部品がどこにあって何をしているのかを見られます。半導体の知識は先にいりません。ウェーハが中で何を経験しているのかが見えれば、ストーリーで皆が何に追われているのかもわかってきます。

fab24hrでは

fab24hrは、インストール不要・無料のブラウザゲームです。半導体工場のエンジニアとして1シフト働きます。装置のモデルは教科書レベルの一般的な形で描き、形、比率、細部は簡略化していて、どこかの会社の装置をもとにしたものではありません。動きの順番は、公開されている教科書や講義資料に沿っています。ゲームの会社、人物、出来事はすべて架空です。本物と違うと感じたところがあれば、画面上の虫のアイコンか「要望と不具合報告」から教えてください。