ラウンドワールド vs. スクエアワールド
ウェーハ製造とレチクル製造のパラダイムの違いが最も顕著に現れるのは、製造対象の形状です。ウェーハは円形、レチクルは正方形。この特徴から、ウェーハ製造は「ラウンドワールド」、レチクル製造は「スクエアワールド」と呼ばれています。
ラウンドワールドから見たスクエアワールドは軽視されがちです。なぜなら、レチクル製造は数十工程で完了するのに対し、半導体デバイス製造は数百工程を要するからです。「レチクル製造なんて簡単だろう」という認識が生まれやすいのです。
さらに、製造量の違いもこの認識を助長します。ウェーハファブは大量生産で、最終的に市場に出回る膨大な数のチップを製造します。一方、マスクショップは「少量多品種生産」で、注文ごとに一意のレチクルを製造します。しかし、各レチクルは完璧でなければならず、そうでなければウェーハファブの歩留まりに直結します。ここにスクエアワールドの難しさがあります。
歩留まり vs. 生産効率
スクエアワールドの歩留まりは二値的です。レチクルは「良品」か「不良品」かのどちらかであり、不良なら廃棄し、完璧なレチクルができるまで再製造します。
一方、ラウンドワールドの歩留まりは連続的です。1枚のウェーハに数百のダイ、1ロットに25枚のウェーハがあり、数千のダイ候補があります。各ウェーハにいくつかの不良ダイがあっても、ロット全体の歩留まりは許容される場合があります。場合によっては、数枚のウェーハを廃棄してもロット全体で良好な歩留まりを確保できます。
ただし、ラウンドワールドでは歩留まりも重要ですが、それ以上に生産効率が重視されます。なぜなら、ウェーハファブの工程は数百から数千ステップに及び、サイクルタイムは数か月単位だからです。
一方、スクエアワールドでは状況が大きく異なります。工程は数十ステップ、サイクルタイムは数時間から数日です。ここでの焦点は「完璧なレチクルを納期通りに出荷すること」です。これが効率の指標であり、納期が最重要です。マスクショップは顧客の納期を守るために全力を尽くします。場合によっては、歩留まりが低いと予想されるレチクルを複数同時に製造するなど、あらゆる手段を講じます。
マスクショップの顧客であるウェーハファブにとって、レチクルの納期遅延は、生産能力の拡大や新製品の投入が遅れ、重大な金銭的損失につながる可能性があります。
プロセス効率
大量生産により、ラウンドワールドではいくつかのプロセス効率化が可能です。すべてのウェーハやロットを計測・検査する必要はなく、これにより工場全体のスループットを大幅に向上できます。統計的サンプリング計画により、品質を統計的に高い確率で保証するために、どの程度のロットを計測・検査すべきかを定義できます。
しかし、スクエアワールドでは事情がまったく異なります。各レチクルは一意であり、製造量もウェーハファブに比べて少ないため、出荷前にすべてのレチクルに対して計測と検査を実施し、完璧であることを保証する必要があります。
この「100％計測・100％検査」の要件は、サイクルタイムの増加を意味するだけでなく、追加の計測・検査装置が必要となるため、マスクショップの基本的な経済性にも影響します。
プロセス制御
プロセス制御も、ラウンドワールドとスクエアワールドで大きな違いがある領域です。大量生産において一貫したプロセス制御を維持するため、ラウンドワールドでは統計的工程管理（SPC）が広く活用されます。SPCは、計測や検査を通過した一部のウェーハの結果を監視し、工程が管理状態にあるか、逸脱しつつあるかを判断します。確立されたSPCルールにより、工程が制御内か、制御外に向かっているかを判定できます。これにより、ウェーハファブは歩留まり問題になる前に潜在的な工程異常を特定し、是正するための有効な早期警告の仕組みを得られます。
一方、スクエアワールドではSPCの有効性は限定的です。その理由は2つあります。第一に、マスクショップの製造量は比較的少なく、統計的に有効なサンプルサイズを確保できないこと。第二に、仮に製造量が統計的サンプルサイズの閾値を超えたとしても、各レチクルが一意であるため、同一条件での繰り返し製造を前提とする従来のSPCは適用できないことです。
MESの役割
ウェーハ製造とレチクル製造。ラウンドワールドとスクエアワールド。それぞれ異なる製造パラダイムを持っています。しかし、どちらにおいても、高度な製造実行システム（MES）は、リアルタイムのデータとインサイトを提供し、生産効率と品質を向上させるうえで重要な役割を果たします。
マスクショップにおいて、MESは工場全体でのシームレスな情報共有の促進、リソース配分の最適化、遅延の最小化をすることで、納期の遵守を確実にします。また、詳細なプロセスフローの作成や、その最適化を構造的かつ管理された方法で支援することで、完璧なレチクルの効率的な製造にも貢献します。
MESは、マスクショップにおけるスループットの向上、品質改善、そして「完璧なレチクルを毎回納期通りに出荷する」というウェーハファブ顧客の期待に応えるための鍵となります。
