6.3a プロセス工程内のフィードバック

6.3a In-Process Feedback in Semiconductor Manufacturing

完成チップの不良解析（6.3）が「最終的な原因究明」であるのに対し、
プロセス工程内のフィードバック (in-process feedback) は、製造途中での検査・モニタリング結果を工程条件へ反映し、
歩留まり改善 (yield improvement) と再発防止 (recurrence prevention) を実現する仕組みです。

🔍 工程内欠陥解析とフィードバック

Defect Inspection and Process Feedback

光学式異物検査 (optical defect inspection)
- Surfscan（KLA）でウェハ表面をレーザースキャンし、異物を座標マッピング。
欠陥座標特定・分類 (defect coordinate identification & classification)
- 検出された欠陥を座標データ（WaferID, die coordinate, (x,y))として記録。
- 系統的欠陥かランダム欠陥かをクラスタ解析。
SEMレビュー (SEM review)
- 欠陥座標をSEMで観察し、形状 (morphology) を確認。
- 例：パーティクル (particle), スクラッチ (scratch), パターン欠陥 (pattern defect)。
FIB断面＋元素分析 (FIB cross-section + EDX analysis)
- FIBで断面を作製 → STEM/EDXで構造と元素を特定。
- 例：Cu粒子 (Cu particle), レジスト残渣 (resist residue), CMP由来スクラッチ (CMP-induced scratch)。
工程フィードバック (process feedback)
- 欠陥の発生工程を特定し、装置・条件に反映。
- 例：スパッタ装置部品摩耗 (sputter chamber part wear),
  CVDパーティクル (CVD particle contamination),
  CMPパッド摩耗 (CMP pad wear)。

🛰️ フォトリソQCループとSPC調整

Photolithography QC Loop and SPC Adjustment

フォトリソ (photolithography)
- レジスト塗布 → 露光 → 現像。
合わせ検査 (overlay inspection)
- 既存パターンと新規レイヤーの位置ずれ (overlay error) を測定。
レジスト寸法測定 (CD measurement)
- CD-SEMでレジストの線幅 (critical dimension, CD) を測定。
規格外検出 (out-of-spec detection)
- 規格値を超えた場合は不合格と判定。
リワーク (rework)
- レジストを剥離し (resist strip)、再露光。
SPCによる傾向検出 (trend detection via SPC)
- 管理図 (control chart) でCDやOverlayの推移を監視。
- 例：平均を超えて 連続上昇／下降 する場合、装置ドリフトと判断。
露光量・フォーカス調整 (exposure dose & focus adjustment)
- Stepper/Scannerの条件を微調整し、次ロットから適用。

⚖️ CDシフト管理と工程間フィードバック

CD Shift Control and Cross-Step Feedback

フォトリソで形成した寸法と、エッチング後の寸法には差が生じます。
これを CDシフト (critical dimension shift) と呼びます。

\[CD_{shift} = CD_{Etch} - CD_{Photo}\]

● 原因と影響｜Causes & Effects

過エッチング (over-etch) → 寸法が細くなる
アンダーエッチ (under-etch) → 寸法が太くなる
プラズマ条件ドリフト（RFパワー、ガス流量、圧力）
側壁反応・異方性によるプロファイル変化

● フィードバックの実務｜Feedback to Etching Process

CDシフトが 安定して一定 → 設計ルール上の補正値として考慮
CDシフトが 変動して不安定 → エッチング条件にフィードバック
- プラズマ条件（RF、ガス流量、圧力）最適化
- エッチ時間補正
- 装置クリーニング・メンテナンス

● SPCによる監視｜SPC Monitoring

CDシフトをロットごとに測定 → 管理図にプロット
連続して上昇/下降傾向があれば、エッチ工程のドリフトと判断
条件補正を実施し、次ロットに反映

📊 フローチャート (Mermaid)

flowchart TD
    A[Surfscan 光学検査<br/>Optical Inspection] --> B[座標特定<br/>Coordinate Mapping]
    B --> C[SEMレビュー<br/>SEM Review]
    C --> D[FIB断面+EDX<br/>FIB+EDX Analysis]
    D --> E[工程フィードバック<br/>Process Feedback]

    subgraph Photolithography QC Loop
        F[フォトリソ<br/>Photolithography] --> G[Overlay検査<br/>Overlay Inspection]
        G --> H[CD測定<br/>CD Measurement]
        H --> I{規格外 or SPC傾向?}
        I -- Yes --> J[リワーク & 露光量調整<br/>Rework & Dose Adjustment]
        J --> F
        I -- No --> K[合格・次工程へ<br/>Pass to Next Step]
    end

    subgraph CD Shift Control
        L[フォト寸法<br/>Photo CD] --> M[エッチ寸法<br/>Etch CD]
        M --> N[CDシフト計算<br/>CD Shift Calculation]
        N --> O{安定 or 変動?}
        O -- 変動 --> P[エッチ条件調整<br/>Etch Process Adjustment]
        O -- 安定 --> Q[設計補正値に反映<br/>Design Compensation]
    end

✅ 教材ポイント｜Educational Takeaways

工程内フィードバックは 「欠陥解析ループ」「フォトリソQCループ」「CDシフト管理」 の三本柱で構成される。
SPCは単なる規格外検出ではなく、傾向監視による予防調整が核心。
CDシフトは フォトとエッチを跨ぐ協調制御の代表例であり、寸法制御の本質を示す。
半導体製造のQCは 不良を直すのではなく、次ロットを改善する学習サイクル である。

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