リワークとは

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リワークとは、作りかけのウェーハをいったん手前の工程まで引き返して、同じ工程をもう一度やり直す作業です。 半導体の工場では、露光した像の位置がずれていたときに、レジストを取り除いて露光からやり直す形がよく知られています。

ウェーハは、1枚に何百個ものチップを載せて、長い日数をかけて工場を回ります。途中で1回でも位置合わせを外すと、その先の工程をどれだけ丁寧に流しても、できあがるのは不良品です。リワークは、外したことに気づいた時点で作り直すために現場が用意している道です。

レジストのパターンを測る段階なら、下地はまだそのまま

露光のときに目ズレが起きた場合は、レジストとBARC材を取り除いてウェーハを作り直すことが行われ、この作業をリワーク（再生）と呼びます¹。

作り直せる理由は、外したことに気づく場所にあります。アライメント（重ね合わせ）精度は、露光したパターンと下地層との位置ズレを示すもので、下地層のアライメントマークとレジストパターンの位置をもとに測ります²。測る相手がレジストのパターンである以上、その測定の時点では、下地はまだそのままです。上に載っているレジストを落とせば、ウェーハは露光の手前へ戻ります。

像を消せるのは、下地を削る前までです

やり直しがきくのは、測る相手がレジストのパターンだからです。下地を削ったあとはレジストを落としても露光の手前へ戻れないため、リワークできる範囲は工程の並び順で決まります。

リワークは、削るか捨てるかの二択に加える3つ目の道

リワークの道が閉じているとき、位置ズレの測定結果を受けたロットの選択は、ずれた像のまま下地を削るか、そのロットを捨てるかの二択です。ウェーハ1枚には、そこへ至るまでの工程の時間と薬液と装置の枠が積み上がっており、捨てる判断はその全部を捨てる判断になります。リワークは、落とせるものだけを落として、外した1工程をやり直す3つ目の道です。

工程能力指数は、規格に対して製造の余裕がどれだけあるかを表す指数で、リワークやスクラップに逆比例します³。この指数が1.33以上であれば、品質的に安定しているといわれます。余裕の薄い工程ほどやり直しが増える関係を、指数の側から言った形です。

レジストは酸素プラズマで気体にして落とす

作業は、フォトレジストを取り除くところから始まります。レジスト剥離に使える装置は、プラズマアッシャ、オゾンアッシャ、ウェットステーションの3つです⁴。プラズマアッシャは、酸素などのガスをプラズマにしてレジストと反応させ、気体に変えて取り去ります。レジストは炭素・酸素・水素からできた固体なので、酸素のプラズマと反応すると二酸化炭素・水・酸素になり、すべて気体として消えます。SCREENは、この方法がレジスト剥離で最もよく使われるとしています。

実際のレジストには重金属などの不純物も少し含まれ、これはあとに残ります。同社は、プラズマアッシングのあとにウェットステーションで洗うことが好ましいとし、細かい回路の工程にはプラズマアッシャ、比較的ラフな回路の工程にはウェットステーションが使われる傾向にあると述べています。

下の膜がLow-kなら、アッシングを外して薬液だけで剥がす

リワークの方法は2種類あります。1つはアッシングでレジストを取り除く方法です¹。もう1つはLow-k材料の膜を使う場合で、アッシングによる膜の変質、つまりk値の変動を避けるため、アッシングを外して薬液だけでレジストとBARCを取り除きます。この薬液での剥離は、まとめて流せる浸漬式やスプレー式のバッチ式洗浄装置で行われることが多く、薬液には主にNH4F系が使われ、1時間あたりの枚数を上げるために60℃程度に温める場合もあります。

下の膜が何でできているかで、剥がし方が決まります

リワークの方法は2種類です。下の膜がLow-kのときは、膜の変質を避けるためにアッシングという速い手を諦め、薬液での剥離へ回ります。

取り戻すのはウェーハ、差し出すのは時間と装置の枠

リワークで取り戻せるのはウェーハそのもので、差し出すのは時間と装置の枠です。ITRS 2003が工場の情報システムに期待する働きには、歩留りの改善、製品以外のウェーハを流す量の削減、再加工で生じたサイクルタイムの短縮などが含まれます⁵。再加工は、縮める側の一覧に入っています。

RPTは、搬送と待ちを除いた、装置で加工する正味の時間です³。X-Factorは、TATまたはサイクルタイムをRPTで割った指数です。やり直したロットは、剥離と塗布と露光と現像の分だけ正味の加工時間を積み増し、そのあいだ他のロットはその装置の順番を待ちます。この2つは、X-Factorの分母と分子の両方を動かします。

もう1つの差し出しものが、剥がし方の自由度です。Low-k膜を使う工程で残るのは薬液の道で、やり直せる範囲は材料の側から先に狭められています。

よくある質問（FAQ）

リワークとは何ですか？

作りかけのウェーハをいったん手前の工程まで引き返して、同じ工程をもう一度やり直す作業です。半導体の前工程では、露光した像の位置がずれていたときに、レジストを取り除いて露光からやり直す形が代表的です。

どの段階までならやり直せますか？

ウェーハの上に載せた膜を取り除ける間です。露光で目ズレが起きた場合は、レジストとBARC材を取り除いてウェーハを作り直します。取り除く相手が上に載っている膜であるところが、やり直せる条件になります。

ずれていることは、どこで分かりますか？

現像したあとのレジストのパターンを測って分かります。アライメント（重ね合わせ）精度は、露光したパターンと下地層との位置ズレを示すもので、下地層のアライメントマークとレジストパターンの位置をもとに測ります。

レジストはどうやって取り除きますか？

レジスト剥離に使える装置は、プラズマアッシャ、オゾンアッシャ、ウェットステーションの3つです。SCREENは、プラズマアッシングが最もよく使われる方法だとしています。

アッシングを避ける場合がありますか？

あります。Low-k膜を使う場合は、アッシングによるLow-k膜の変質を防ぐため、アッシングを外して薬液だけでレジストとBARCを取り除きます。その薬液には主にNH4F系が使われます。

リワークとスクラップはどう違いますか？

リワークはウェーハを作り直して先へ進める処置、スクラップはそのウェーハを捨てる処置です。規格に対して製造の余裕がどれだけあるかを表す工程能力指数は、リワークやスクラップに逆比例します。

リワークが増えると、何が困りますか？

同じ工程をもう一度通すため、装置の時間と日数を余分に使います。ITRS 2003のファクトリインテグレーション日本語版は、工場の情報システムに期待する働きの1つに、再加工で生じたサイクルタイムの短縮を入れています。

比較・違いを学ぶ

エッチングとは── 下地を削る工程であり、ここを越えるとリワークで戻せる範囲の外へ出ます
オーバーレイ計測とは── やり直しの要否を測る工程であり、リワークの入口に当たります

出典

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