プロセスインテグレーションエンジニア（PIE）は何をする？ プロセスエンジニアとの違い

プロセスインテグレーションエンジニア（Process Integration Engineer、略してPIE。このページでは「インテグレーション」とも書きます）が見ているのは、プロセス全体を終えたとき、できたチップが正しいかです。ウェーハは数百の工程を通ります。プロセスエンジニアは、そのうちあるエリアのいくつかを担当します。インテグレーションエンジニアは、その数百の工程を1本の流れとして見ます。どんな順番にするか、ある工程を変えるとあとのどの工程に響くか、最後の電気特性と歩留まりは正しいか。問題が起きたら、どの工程だったのかをさかのぼって探します。

プロセスエンジニアとインテグレーションエンジニアは、どう違う？

半導体工場は数百の工程をいくつかのエリアに分けています。リソグラフィでパターンを焼き、エッチングで削り、成膜で層をつける、といった具合です（「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？」）。各エリアのプロセスエンジニアは、自分の担当のいくつかの工程と、それを流す装置の一群を見ます。膜は十分な厚さか、線は十分に細いか、数字は規格の中に入っているか。装置エンジニアとの分担は「プロセスエンジニアと装置エンジニアはどう違う？」へ。

インテグレーションエンジニアが担当するのは、エリアではありません。1つの製品、または1つのプロセス全体です。問うのは「この工程は正しくできたか」ではなく、「全部の工程が終わって、チップは動くか」です。

	プロセスエンジニア	プロセスインテグレーションエンジニア
担当	あるエリアのいくつかの工程と、装置の一群	1つの製品または1つのプロセス。最初の工程から最後まで
おもに見るもの	その工程の測定値と管理図	各工程の測定値に加えて、完成後の電気特性と歩留まり
問題が起きたら	自分の工程と装置を調べる	結果からさかのぼり、どの工程のどの装置かを探す

どの工程も規格内なのに、チップがおかしくなるのはなぜ？

工程どうしが影響し合うからです。家を建てるのに似ています。配管、左官、塗装にはそれぞれ職人がいて、みんな図面どおりに仕事をします。でも、壁に空けた穴が配管の位置と合っていなければ、その家には住めません。家全体を見る人が必要です。

半導体工場でも同じことが起きます。成膜工程でついた膜が、いつもより少しだけ厚い。でも規格内です。エッチング工程はいつもの時間で削る。これも規格内です。ところが2つが合わさると、小さな穴のいくつかが底まで削りきれず、トランジスタとその上の配線をつなぐコンタクトの抵抗が上がります。工程ごとに見ればどれも正しいのに、問題は「つなぎ目」にあります。

数百の工程は、なぜ好きな順番に並べられない？

インテグレーションエンジニアは、それぞれの工程が前後の工程とどう関係しているかを知っていなければなりません。たとえば次のようなことです。

• 金属は高温に弱い：とても高い温度が必要な工程は、多くが金属配線をつくる前に置かれます。配線ができたあとは、温度を低く抑えなければなりません。
• 熱は積み重なる：あとで高温の工程を通るたびに、前にシリコンへ打ち込んだ原子が少しずつ動きます。だから前の工程の条件は、そのあとに来る熱をすべて見込んで決めます。これが熱履歴（サーマルバジェット）です。
• 平らにしてから焼く：表面が平らでないと、次の層のリソグラフィがきれいに焼けません。だから配線の層を重ねる前に、CMPで平らに磨きます。

量産では、この工程の並びは固定されていて、PORと呼ばれます。どの工程を変えるにも変更の手続きが必要で、「この工程を変えたら、あとで何か起きないか」に答えるのは、インテグレーションエンジニアの役目であることがよくあります。

インテグレーションエンジニアは毎日何を見ている？

• 各工程の測定値：膜厚や線幅などの数字を管理図に描きます。わかるのは「その工程」のことで、チップが動くかどうかまではまだわかりません。
• 電気テスト：ウェーハが完成し、工場を出る前に、測定専用の小さな構造であるTEG（多くはチップとチップのあいだに置かれます）に探針を当てて測ります。トランジスタが何ボルトで電流を流し始めるか、抵抗はどれくらいか、リークはどれくらいか。これがWATです。寸法や厚さだけでなく、「電気」を測ります。
• 歩留まりとウェーハマップ：そのあと、たいていはウェーハテストで、チップを1個ずつすべて測ります。良品が何割かが歩留まりです（「ニュースの「歩留まり」とは？」）。結果を位置ごとに描いたものがウェーハマップで、不良がどんな形に並ぶかが手がかりになることがよくあります。WATとウェーハテストの違いは「チップはどうテストする？」へ。

問題が起きたら、どうさかのぼる？

WATとウェーハテストは、ウェーハが1枚まるごと完成してからでないと測れません。そのころにはウェーハ投入から何週間もたっていることがよくあります。インテグレーションエンジニアは、ここで探偵のように結果から逆にたどります。

1. まず形を見る：不良が規則性なく散らばっていれば、ランダムに落ちた微粒子に近い。外周のリング状に並ぶ、あるいはどのショットでも同じ位置がだめになる、といった場合は、たいてい特定の原因があります。
2. 次に共通点を探す：MESには、各ロットがいつ、どの装置を通り、どのレシピを使ったかが記録されています。不良のロットを良いロットと比べて、「不良のロットだけが通った」装置や工程を見つけます。
3. 上流を見る：いくつかの工程の測定値を並べ、どの数字が最初に動き始めたかを見ます。電気特性は最後に測るもので、最初に動いたのはずっと前の工程であることがよくあります。
4. その工程に渡す：いちばん怪しい工程が見つかったら、その工程のプロセスエンジニア、装置エンジニアといっしょに調べます。必要ならウェーハを切って断面解析をします。

原因を探しているあいだも、ライン上で影響を受けたかもしれないロットをホールドするか、そのまま流すかを決めなければなりません。これもインテグレーションがプロセスエンジニアといっしょに判断することがよくあります。

いちばん忙しいのはいつ？

新製品や新しいプロセスのときです。新製品が初めてつくられる最初の何ロットかを試作と呼び、多くの問題はこのときに初めて見つかります。インテグレーションエンジニアはスプリット実験を組みます。1ロットのウェーハをいくつかのグループに分け、グループごとに条件を1つだけ変え、何も変えないグループを1つ残して比べます。結果が出たら、次のロットをどうするかを決めます。

新しいプロセスは、まず開発ラインで安定させてから、まとめて量産工場へ渡すことがよくあります。渡す前には技術移管審査があり、条件、文書、信頼性を1項目ずつ確認します。

インテグレーションエンジニアは誰と仕事をする？

• 各エリアのプロセスエンジニア：原因を探すのも条件を変えるのも、彼らが頼りです。
• 装置エンジニア：装置の記録と状態。
• 歩留まり・製品エンジニア：テストのデータと、どこで歩留まりを落としているか。PEはほかの場所では製品エンジニアのことが多い点は「PEはプロセスエンジニア？ それとも製品エンジニア？」へ。
• 製造部：ロットがどこまで進んだか、特急ロットをいつ出すか。
• 顧客のエンジニア：ほかの会社のチップをつくる工場では、顧客から「このロットはどうなったのか、いつわかるのか」と聞かれます。データを相手にわかる言葉にするのが、インテグレーションの仕事になることもあります。

どの会社も同じ分け方？

そうとは限りません。職種名や分担は会社によって違います。上に書いた仕事を、いくつかのグループに分ける会社もあれば、1つのグループがまとめて受け持つ会社もあります。名前がPIEとは限りません。ここに書いたのは、業界でよく見られる分け方です。

この仕事には、トランジスタがどう動くかと、各エリアが何をしているかの両方の理解が必要です。全体を見るのが好きで、データから原因を組み立てるのが好きで、いろいろな人と話すのが苦にならない人は、どちらかといえばインテグレーション向きです。

fab24hrでは

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インテグレーションエンジニアを選びます。ゲームではこの役割を「ロットの持ち主」と呼んでいます。深夜、新製品の第1ロットの電気テストが出て、ウェーハマップの外周のリングが規格線ぎりぎりです。朝8時には後工程工場へ出荷の予定です。朝は、特急ロットH-2417がホールドされていて、理由の欄が空いています。昼は、追加エッチングの指示を出します。夜は、顧客のレオがオンラインで、わかりやすい3つの文を待っています。さらに、別の製品のコンタクト抵抗が2週間かけてじわじわ上がっていて、上流をたどると、最初に動いたのは成膜の膜厚でした。プロセスエンジニアを遊ぶ日に出てくるH-2417の持ち主、ヤーティンが、インテグレーションエンジニアです。

メインストーリー「チップの一生」の第1〜4章では、開発ラインの開発インテグレーションエンジニアになります。第1章は12枚のウェーハの分け方、第2章はその12枚といっしょに7つのエリアをまわり、第3章はWATと3枚のウェーハマップ、第4章は技術移管審査の前夜に顧客が2週間の前倒しを求めてきます。ゲームの会社、製品、人物、ロット番号、装置は架空のものです。インテグレーションエンジニアが何をしているかは、公開されている一般的な資料をもとに書いています。実際の分担は会社によって違います。