リワークとは？ なぜリソグラフィはやり直せて、エッチングはやり直せないのか

リワーク（rework）とは、うまくいかなかった工程をやり直すこと、または足りなかった分を追加でやることです。品質マネジメントの国際規格の用語では、要求を満たしていないものに手を加えて、要求に合うようにする行為とされています。工場はおかしいロットを見つけると、まずホールドし、そのまま流すか、リワークか、スクラップかを決めます。誰が決めるかは「ホールドとは？」をどうぞ。この記事ではリワークだけを扱います。何がやり直せて、どうやり直し、何を払うのか。

なぜリソグラフィがいちばんリワークされるのか

まず、リソグラフィが何をするか。リソグラフィは、回路のパターンをウェーハに「焼き付ける」工程です。レジストを塗り、露光し、現像すると、残ったレジストがパターンになります。そのあとエッチングがパターンどおりに下の層を削り、最後にレジストを取り除きます。

壁にペンキを塗る前に貼るマスキングテープを思い浮かべてください。曲がって貼ったら、はがして貼り直せば済みます。ペンキを吹き付けたあとでは、曲がった線は壁に残ります。レジストはそのテープで、一時的な型紙にすぎません。現像が終わった時点では、パターンはレジストの上にあるだけで、下の材料にはまったく手がついていません。ここで重ね合わせのずれ、線幅の狂い、欠陥が見つかれば、レジストを丸ごと取り除けば、ウェーハは焼き付ける前の状態に戻り、もう一度焼き付けられます。

いったんエッチングしたり、イオン注入で原子を打ち込んだりすると、変わったのはウェーハそのものなので、元には戻せません。

リソグラフィのリワークは、どう進むのか

ステップ1：現像後の測定で、問題が見つかる

• 何をする：現像のあと、重ね合わせと線幅を測り、欠陥がないかを見ます。この検査はよく現像後検査（ADI）と呼ばれます。測り方は「半導体工場は、工程がうまくいったかをどう確かめる？」へ。
• なぜ：パターンが削り込まれる前に、まだ直せる最後のタイミングだからです。
• しないと：まちがったパターンが削り込まれ、あとは使えるかどうかを判断するしかなくなり、使えなければスクラップです。

ステップ2：リワークするかを決め、なぜずれたのかも探す

• 何をする：まずロットをホールドし、エンジニアがリワークか、そのまま流すかを決めます。リワークが数枚だけなら、その数枚を別のロットに分けます（ロット分割）。同時に原因を探します。露光装置がずれていたなら、そのずれを装置に返して補正します（「重ね合わせ（オーバーレイ）とは？」）。ホットプレートが壊れていたなら、まずそのプレートを止めます。
• なぜ：ほんの少しのずれなら、リワークが割に合うとは限りません。原因を直さないまま焼き直しても、また同じようにずれます。
• しないと：むだな1回になり、ウェーハは処理をもう一度受けるだけです。

ステップ3：レジストを剥がし、洗浄する

• 何をする：酸素のプラズマでレジストを「燃やす」か、薬液で溶かします。両方を続けて使うことも多く、そのあと洗浄します（「フォトレジストとは？」の最後のステップ）。
• なぜ：古いレジストが少しでも残ると、新しいレジストが平らに塗れず、しっかり密着しません。
• しないと：残りかすがウェーハに残り、新しい欠陥になります。

ステップ4：リソグラフィを最初からもう一度

• 何をする：乾燥、下地処理、レジスト塗布、ベーク、露光、露光後ベーク、現像。1回目と同じで、ひとつも省きません。
• なぜ：どのステップも出来上がるパターンに効くので、ふつうのロットと同じ条件にそろえる必要があります。
• しないと：たとえば下地処理を抜くと、レジストが密着せず、細い線が現像のときにはがれます。

ステップ5：もう一度測り、通ったものだけリリースする

• 何をする：1回目と同じように重ね合わせ、線幅、欠陥を測り、規格内のものだけをエッチングへ進めます。
• なぜ：リワークでも失敗はありえるので、今度こそ合っているかを確かめます。
• しないと：直ったつもりで、まちがったパターンがそのまま削り込まれます。

リソグラフィのほかに、どんなリワークがある？ やり直せないのは？

リワークには「足りない分を追加でやる」ことも入ります。エッチングが途中で止まったら、残りの厚さを測り、削り残した分を追加します。これが追加エッチングです。洗浄のあと待ちすぎてQタイムを超えたら、もう一度洗浄してから先へ進められる場合もあります（「Qタイムとは？」）。

けれども、多くの工程には戻り道がありません。

まちがえたところ	リワークできる？	理由
リソグラフィ、エッチング前	たいていできる	パターンはレジストの上だけ。取り除けば元どおり
エッチング、削り足りない	追加できることもある	残りを測り、その分だけ削る
エッチング、削りすぎ	できない	削った材料は戻せない
イオン注入のまちがい	できない	シリコンに打ち込んだ原子は取り出せない
酸化膜をつける	元には戻らない	酸化膜はウェーハ自身のシリコンを使ってでき、厚さの半分近くはウェーハの中に食い込んでいる。剥がしてつけ直しても、使ったシリコンは戻らない

リワークできないときは、止めて測り、評価するしかありません。まだ使えるものは逸脱申請を書いて流し、使えないものはスクラップです。イオン注入がなぜ戻せないかは「イオン注入とは？」へ。

リワークでは何を払うのか

• 時間：もう1回流すぶん、何時間も余計に待ちます。リワークが工場の中で待つロットを増やし、リワークしたロットが仕上がるまでの時間も延ばすことは、研究でも示されています（「ウェーハをつくるのにどれくらいかかる？」）。
• 露光装置：リワークするウェーハは、露光装置の順番にもう一度並びます。リソグラフィは工場でいちばん混み合う工程であることが多く、1回焼き直すたびに、後ろのロットが少しずつ待たされます。
• ウェーハそのもの：薬液にもう一度つかり、ロボットにもう一度運ばれます。レジストの剥離や洗浄は、下の層にもまったく影響がないわけではありません。1回ではごくわずかでも、回数が重なればたまっていきます。洗浄を繰り返すほどシリコンの品質が落ちることも研究で知られています。

だからリワークは選んで行います。本当に必要なウェーハだけです。同じ工程でリワークが続くなら、その前のどこか、たとえばホットプレート1枚、レジスト1本、露光装置1台がうまく保たれていないということです。本当の原因をさかのぼって探します。「根本原因分析とは？」をどうぞ。

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」を押して、左右にスワイプしてプロセスエンジニアにし、名前の下の「リソグラフィ」を押すと、リソグラフィのプロセスエンジニアになります。4つのシフトは、サイトを開いた時刻で決まります。昼シフトの名前は「リワーク」。コータデベロッパTRK-01は朝メンテナンスを終えたばかりで、午後に出た2ロットは、線幅が片側で太く、片側で細くなっています。12枚の線幅マップを前に、リワークするものを選んでリワーク票を出し、リワークしたものは測ってからリリースします。朝シフトでは、P-3A08の重ね合わせが規格外で、次の工程はエッチング。プロセスインテグレーションのヤーティンに答えを出します。リワークか、そのまま流すか。深夜シフトでは、エッチング装置が止まっていることがあります。そのとき、現像の終わったロットがエッチングの前に並んでいて、待てる時間がもうすぐ切れます。寝たばかりのプロセスのオンコールを起こすか、朝にリソグラフィへ戻してリワークするか。決めるのはあなたです。

同じ工場のエッチングのプロセスエンジニアの昼シフト「時間との勝負」（メインストーリー「チップの一生」の第8章でもあります）では、装置の前で追加エッチングを手動でかけます。7枚目だけ、15秒だけ。マスクエンジニアの深夜シフトでは、ヘイズの出たフォトマスクを先に使わせると、25枚のうち5枚がリワークになります。

ゲームに出てくる会社・人物・ロット番号・装置・数字は架空です。リワークとは何か、どう進めるか、なぜリソグラフィはやり直せるのかは、公開されている一般的な資料をもとに書いています。実際のやり方や判断は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。