ウェーハはなぜ丸いのか

チップは四角い。スマホやパソコンから取り出せるどれも、きちんとした小さな四角形です。ところが半導体工場では、チップは丸いウェーハの上でつくられ、最後に一つずつ切り分けられます。なぜ四角い板を使わないのでしょうか。答えは、シリコンがどうやって「育つ」かにあります。

ひとことで：シリコンは円柱の形に育つから

チップには、原子がきれいにそろった「単結晶シリコン」が必要です。いちばん一般的なつくり方は、高純度のシリコンをるつぼで溶かし、小さな単結晶シリコンを「種」として液面に触れさせ、回転させながらとてもゆっくり引き上げる方法です。溶けたシリコンは種の原子の並びをなぞるように一層ずつ固まっていき、長い単結晶の棒ができます。これをインゴットと呼びます。

ずっと回転しながらつくるので、インゴットの断面は自然に丸くなります。そのあと外周を決まった直径に削り、ソーセージのように薄い円板に切り分け、鏡のように平らになるまで研磨したものがウェーハです。

インゴットを四角く削ってから切らないのは？

できなくはありませんが、もったいないのです。

• 円柱を四角い柱に削ると、四隅の外側の単結晶シリコンはすべて捨てることになり、高純度の単結晶シリコンは高価です。
• 丸いほうが向いている工程が多い：レジストはウェーハを高速で回して液を均一な薄い膜に広げて塗りますし、加熱、測定、搬送の装置も丸いウェーハを前提に設計されています。丸ければ角が欠けたり割れたりしにくく、熱も均一に伝わります。

こうして材料から装置、ウェーハを運ぶケースまで、業界全体が「丸いウェーハ」を中心にできあがっています。

チップは四角いのに、ふちはどうするの？

四角いチップを丸いウェーハに並べると、ふちにはどうしても丸ごと入らない場所ができます。ふちの欠けたチップはむだになるので、ウェーハが大きくなるほど、ふちのむだの割合は小さくなります。ウェーハが小さなサイズから、いまいちばん一般的な300ミリ（12インチ）まで大きくなってきた理由のひとつです。

ふちは工程をいちばん均一にしにくい場所でもあります。塗布、エッチング、成膜は、中心とふちでどうしても少し違いが出るので、ふちのチップはもともと不良になりやすいのです。ウェーハマップでは、外周に不良がひと回り多く出ていることがよくあります。

ウェーハのふちの小さな切り込みは？

よく見ると、ウェーハのふちには小さな切り込み（ノッチ）があります（小さなウェーハでは、ふちの一部をまっすぐ切り落としたオリフラ）。結晶の向きを示す印で、装置はこれを使ってどのウェーハも同じ角度にそろえ、露光や切断の位置を合わせます。丸い形は便利ですが、回すと向きがわからなくなる。その弱点を補うのがこの切り込みです。

fab24hrでは

fab24hrのウェーハは直径30センチ（12インチ）の円板で、1つのケース（FOUP）に25枚入っています。エッチング装置の前で1枚をリワークするか決めたり、測定ステーションでウェーハマップを読んだり、クリーンルームで転んで1枚割ってしまうこともあります。ゲームに出てくる会社・人物・数字は架空で、ウェーハのつくり方となぜ丸いのかは、公開されている一般的な資料をもとに書いています。