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工程の管理

半導体製造では工程管理も重要となります。
工程管理に必須となるのが検査と計測となり、ここを妥協してしまうと完成した半導体に致命的な問題を生じることも考えられます。
既に当サイトでも計測と検査の重要性についてはお話しましたが、ここでは計測と検査についてより突っ込んだ話をしていこうと思います。

検査・計測の必要性

半導体製造工程において検査や計測が非常に重要である、というのは当サイトで既にお伝えしてきましたし、先ほども言いましたよね。
しかし、どうしてそこまで検査や計測に神経質になるのだろう、と不思議に思った方もいるのかもしれません。

半導体ウエーハ製造の工程は400以上ありますし、だいたい1~2ヶ月ほどの期間を擁して作られます。
最初の工程で問題が生じてしまい、それに気づかないまま製造を続けていると後の工程はすべてムダなものになってしまいますよね。

せっかく手間と時間、労力をかけて作り上げてきたものがすべて水の泡となってしまいます。
当然、お金もムダになってしまいますから、そのようなことにならないよう徹底した検査と計測などのチェックを行っています。

それぞれの工程の要所要所においてチェックポイントを設けることでミスが後に響かないようにしている、と考えると良いかもしれません。
これは別に半導体製造だけに関わらず、製造業ではほとんどのケースにおいて複数回のチェック、検品が行われます。
品質を一定に保つ意味でも検査は行われていますし、先ほど言ったような問題を後に引きずらないためにも幾重ものチェックが必要となるのです。

計測について

計測とは何かを測ることを指します。
身長や体重を測るときにも計測という言葉を使用しますし、データをとるときなどにも計測というワードを使いますよね。

半導体製造の工程における計測は、ウエーハ上の膜厚を測るエリプソメータや重ね合わせ誤差計測などがあります。
重ね合わせ誤差計測では既に基盤の上に転写された一層のパターン、もしくは第二層のパターンのショットを重ね合わせることで制度を求めていきます。

半導体製造では検査と同様にこの計測も頻繁に行われます。
基準値の内側となるよう複数回の計測を行うことで品質を一定に保つことができますし、リスクマネジメントにもなります。

半導体の計測は非常にデリケートな作業でもありますし、ここでミスをしてしまうと後々に響いてしまうほど重要なプロセスでもあります。
検査や計測についてお話しましたが、いかがだったでしょうか。
半導体を製造する上ではこの検査と計測のプロセスが非常に重要となります。
検査と計測を徹底して行うからこそ精度の高い半導体が完成すると言っても過言ではありません。

半導体製造工程

半導体がどのように作られているのかをご存じの方は少ないですよね。
ただでさえ半導体はよく分からないものなのに、それがどのように作られているかなど知る由もない、という方がほとんどでしょう。
そこで、ここでは半導体製造工程についてご紹介します。
半導体を作る上で必要となる前工程、ウエーハ処理工程について詳しくお話しますから、ぜひ目を通してください。

ウエーハ処理工程

トランジスタや配線を半導体ウエーハの上に形成して電気回路を作ったものが半導体チップです。
コンピュータを使用してフォトマスク上にパターンとして配置が描かれるのですが、これを複数の工程によって半導体ウエーハの上に転写することで形成されます。

すでにこの時点で「?」となってしまう方が多いかもしれませんが、特別必要となる知識でもありませんし、雑学程度にしか役立たないことですから興味のある方だけ最後まで目を通してくださいね。
雑学として誰かにお話するのも良いですし、知っておけばもしかすると将来半導体関連のお仕事に就いたときに役立つかもしれません。

半導体ウエーハ処理工程は前工程と呼ばれます。
このプロセスではシリコン結晶ウエーハの上にトランジスタなどの電子回路を作っていくことになります。
基本的な回路形成の流れとしては、まずウエーハの上に配線やトランジスタなどになる薄幕層を作り、その後フォトレジストを塗布が行われるのです。

リソグラフィーと呼ばれる技術でフォトマスク上の回路パターンを転写し、エッチングによって薄膜を配線などの形に作り替えていきます。
これで一層の回路が作られることになります。
半導体前工程についてはこちらがもっと詳しいですね。
>>半導体製造工程|HITACHI

この工程を何度も繰り返すことによっていくつもの配線回路層を形成することが可能となるのです。
少々難しかったですよね?
何となくフィーリングだけでも伝われば幸いです。

その他の工程

前工程以外の工程についてもお話しましょう。
先ほどお伝えした前工程ですが、それぞれの層で回路を形成していくあいだにいくつかの工程が入ることになります。

もっとも重要とされるのは検査と計測で、設計通りのパターンで作られているかどうかのチェックが行われます。
ここで不具合や問題が発見されると製造を中止することもありますし、修正を加えたうえで改めて製造開始です。

検査や計測のプロセスを疎かにしてしまうと半導体としての役割を担えなくなりますし、使用する製品に甚大な問題を生じさせることも考えられます。
すべての工程が重要なのは間違いありませんが、検査や計測は特に重要な項目の一つと言えるでしょう。

半導体の前工程、その他の工程についてご紹介しましたが、いかがだったでしょうか。
なんとなくでも伝わったのならうれしいですね。

ICとは

半導体を語る上で外すことのできない存在の一つがICと呼ばれるものです。
ICについては学校で習ったことがある方も多いと思いますし、一度くらい耳にしたことのある方は多いのではないでしょうか。
ICはIntegrated Circuitの頭文字をとったもので、いわゆる集積回路のことを指します。
ここでは集積回路、ICについてお話しますから興味のある方はぜひ目を通してください。

集積回路とは

シリコン半導体基板の上にトランジスタや抵抗、コンデンサなどの素子をまとめて一つ集積させた電子部品の一種のことを集積回路、ICと呼びます。
集積回路という名称からある程度理解できるかもしれませんが、その名の通りさまざまな役割を持つ部品が集積することによって成り立っています。
さまざまな機能や役割を持つものが集積、と聞いてもパッとしないかもしれませんが、だいたい数十億個の素子を配置することによって集積回路は造られています。

集積回路を作るためには前工程としてシリコンウエーハと呼ばれるものの上にたくさんのICを作りこみます。
そのあとでそれぞれのチップとして切り出しますが、これをダイジングと呼びます。
切りだしたICチップはパッケージすることが基本ですが、これは切りだしたままのチップだと小さすぎますし、傷がついてしまったり電気的接続が難しいからです。

切りだしたチップは非常にデリケートですし、そのまま使用するのは難しいのです。
そのため、パッケージすることによって使いやすくするということですね。
パソコンのような電子機器を分解したことがある方だと分かると思いますが、中にたくさん足の生えた虫のような部品を見たことがありますよね?
あの中にICがパッケージングされて隠されているのです。

集積回路はどこに使われている

集積回路がいったいどこに使われているのか、という話になりますが、これは半導体が何に使われているのかという話と同じですね。
集積回路は半導体と同じと考えて間違いありませんから、半導体が使われているものに集積回路が使われていると思ってもほとんど間違いではありません。

デジタルカメラやマイコン、ビデオカメラ、音楽プレイヤーなどにも集積回路は使用されています。
私たちの身近に存在するさまざまな家電に半導体、集積回路が使用されているのです。
電化製品を制御する頭脳でもあり、中枢でもありますし、効率良く機器を働かせるためには集積回路の存在が欠かせません。

集積回路についてのお話をしてきましたが、いかがだったでしょうか。
少々つまらなかったかもしれませんが、雑学知識として覚えておくと披露する場所がそのうちあるかもしれません。
最期までお読みいただきありがとうございました。

半導体の性質

半導体は電気を通すことも可能ですが通さないこともできる、ということをこのサイトでは説明してきました。
それこそ半導体の最大の特徴であり、その性質ゆえにあらゆるシーンで活用されています。
導体と絶縁体という二つの顔を持った半導体ですが、ここではその性質にもう少し深く切り込んでみたいと思います。
少々マニアックな話になるかもしれませんが、興味のある方はぜひ最後まで目を通してください。

中間的な性質

既にご紹介してきたように、半導体は導体と絶縁体の要素を兼ね備えた物質です。
電気を通しやすい導体と電気を通しにくい絶縁体。
この相容れることのない二つの物質の性質を上手に兼ね備えさせた物質が半導体であり、導体と絶縁体の中間的な場所に位置する物質と言えば分かりやすいかもしれません。

そもそも電気を通しやすい導体にはどのようなものがあるかご存知でしょうか?
もしかすると小学校、中学校の理科の授業で習ったかもしれませんが、覚えている方は少ないかもしれませんね。
電気を通しやすい導体には金や銀、銅といった物質が相当します。

実際、金や銀、銅などの物質はさまざまな製品に導体として利用されています。
電気工事に使う電線の中も銅が使われていますよね。

電気を通しにくい絶縁体にはゴムやガラス、セラミックスなどが挙げられ、これらもさまざまな製品、シーンで用いられています。
絶縁にはゴムが良い、という話を耳にしたことがある方も多いでしょう。
電気ケーブルなどの被服部にもゴムが使われていますし、電気工事で配線処理を行うときにもビニールテープを用いることがありますよね。
これらの中間的な性質を持ち合わせる半導体は温度によって低効率が変化し、低温時は電気を通しにくく温度が上がってくると通りやすくなるという性質があります。

電化製品の制御に重宝

低温時にはほとんど電気を通すことのない半導体ですが、そこに温度上昇が起こることで電気が通りやすくなります。
このような性質を持つことから半導体には未知なる可能性があると信じ込まれてきました。
半導体についてのくわしい性質はこちらを見るともっとよく分かります。
>>導体・半導体・絶縁体の違い | 電気を通す物質と通さない物質

また、不純物が限りなく少ない状態の半導体はほとんど電気を通すことがありませんが、ある種の元素などを含ませることで電気を通しやすくすることもできます。
これらの性質によってあらゆる電化製品の制御に用いられるようになったのです。
半導体が発見され研究が進むまでは電化製品の制御にはさまざまな工夫が必要でしたが、半導体のおかげでより制御しやすく、またさまざまな可能性を見出すことができるようになりました。

半導体についての性質についてご紹介してきましたが、いかがだったでしょうか。
低温時には電気を通しにくくて温度上昇によって電気を通しやすくなるとは、まるで魔法のような物質ですね。
これからもあらゆるシーンで活用されていくのではないでしょうか。

半導体の役割

半導体が発見されたのは1940年代のことです。
ベル研究所のウイリアムショックレー博士たちが増幅機能を有した半導体素子トランジスタを発見することから現在の半導体の歴史が始まったと言っても過言ではありません。
半導体素子トランジスタの発見という歴史的快挙によって、現在私たちはさまざまな家電を使って便利な生活を送ることができるようになったのです。

ハーフのような存在

導体と絶縁体と聞いてもいまいちよく分かりませんよね。
絶縁体については小学生のころに理科などの授業で耳にしたことがあるかもしれませんが、要するに電気を通さないものを絶縁体などと呼びます。

物質を分けるときに電気を通しやすいもの、通しにくいもので分けることがありますが、導体とは電気を通しやすい性質を持っており、絶縁体はその逆です。
では、半導体は何なのかというと、この導体と半導体両方の性質を持ち合わせたハーフのような存在と言えます。

日本で生活している海外の方はたくさんいますし、日本人と外国人のハーフの方もたくさんいますよね。
母国語を操りながら日本語も流暢に話される方がたくさんいます。
半導体も同じようなものと考えて良いでしょう。
電気を通しもするが通さない性質も持っている、通すこともできるけど通さないこともできる、という二つの顔を持っています。

ある一定の条件を与えることで半導体は電気を通すこともできますし、通さないこともできます。
文字や言葉にすると分かりにくいかもしれませんが、これは実はとても凄いことなのです。
与えられた条件によって導体にも絶縁体にもなれる半導体はまさに未知なる可能性を秘めていると言っても過言ではありません。

半導体を構成するもの

半導体のほとんどはシリコンから造られています。
シリコンと聞くと美容整形などで使われるイメージがあると思いますし、シリコンシーリングなどが思い浮かぶかもしれませんね。
建設工事や建築工事などにおいてもシリコンのシーラントなどはよく使われますし、建築業界で活躍している方だと頻繁に耳にする言葉です。

シリコンはケイ素から成り立っているのですが、半導体に使われているシリコンは非常に純度の高い単結晶シリコンです。
この非常に純度の高いシリコンによって造られた半導体が、現代に生きる私たちの生活を根底から支えている、と言っても過言ではないかもしれません。

電気を通すこともできるし通さないこともできる、導体にもなれるけど絶縁体にもなることが可能、とだけとりあえずは覚えておけば大丈夫です。
難しいことを言い出すとキリがありませんから、とりあえずこれだけ押さえておけば半導体の大まかな姿は捉えられるのではないでしょうか。