チップの製造には精密な製造工程が必要とされ、何度も試験が行われます。 シリコンウェハーは、ガス、化学薬品、溶媒、紫外線を用いる工程段階を繰り返して一層ずつ構築されます。 この工程には、エピタキシャル層と誘導体膜の成長／成膜、パターニング（リソグラフィーとエッチング）、注入（ドーピング）と拡散、配線金属（アルミニウム、銅）の堆積があります。 各層はミクロンあるいはナノメートルという寸法の極微細構造にパターニングされて集積回路（IC）が出来上がります。この IC には数百万から数十億個のトランジスターが相互接続されているのです。 完成した 1 枚のウェハーには数百個の同一のダイ（チップ）が並んでいます。このチップは厳しい検査を合格した後にウェハーから切り離されます。 切り離された各チップは金属またはプラスチックのパッケージに封入されます。 封入されたチップは最終検査を受け、ようやく最終製品へ組み込まれるのです。

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半導体ウェハー加工の品質管理の課題

製造段階品質管理の課題
ウェハー／基質の調製（ウェハー洗浄）ウェハーが清浄であること、シリコン結晶の欠陥や不純物がないことを確認します。 ウェット洗浄では超高純度化学薬品、超純水（希釈、リンス）、超高純度有機溶媒（マランゴニ型ウェハー乾燥に使用される IPA など）が必要です。
イオン注入イオンの量と注入プロファイルは適切に管理する必要があり、水晶の損傷とアモルファス化はイオン注入後に最適化した高温アニール処理を用いて最小限に抑えなければなりません。 イオン源ガス（AsH3、PH3、BF3、B2H6 など）は不純物を管理して誤った注入を防止する必要があります。
熱処理アニール処理（イオン注入後の銅の蒸着）、または酸化シリコンやシリサイドなどの層の成長に使用されます。 反応槽の清浄度とガスの純度は、成長した層の不純物やウェハー上に存在する物質の望ましくない反応を防止する上で重要です。
膜蒸着薄く共形誘導体膜または金属膜の蒸着に使用します。 誘導体膜は主に低圧化学気相蒸着（LPCVD）、プラズマ援用化学気相蒸着（PECVD）、または原子層堆積（ALD）法を用いて形成されます。

誘導体膜は、厚さ、組成、熱機械特性を適切に管理する必要があります。
  • 堆積した膜の品質を保証するには、化学前駆体（ガス、蒸気、液体）が清浄で高純度である必要があります。
  • 金属膜はLPCVD／スパッタリング／ALD（タングステン、Ta や TaN などのシード層とバリア層）または電気化学堆積法（銅めっき）によって形成されます。
  • バリア膜、コンタクト膜、シード膜は極めて薄く、適切な物理的および電気的特性を保つには高純度で適切に管理された化学組成である必要があります。
  • 銅の ECD のためのめっき槽は、適切な特性の金属の堆積が行われるように適切に管理された組成で汚染物質のない状態にする必要があります。 適切な伝導率を保ち、電子移動による分解を最小限にするには、銅の厚さ、結晶方位、粒度を最適化する必要があります。
CMP（化学機械研磨）トポグラフィーを最小限にするため、CMP を使用して物質を除去し、ウェハー表面を平坦化します。 CMP は、目標とする結果を得るため、さらにウェハーの損傷と汚染を防止するために適切な管理が必要な機械的／化学的処理です。 使用する化学混濁液は粒子サイズ分布と化学組成を適切に管理する必要があります。
フォトリソグラフィーUV 光学リソグラフィーはウェハー上の装置構造のパターニングに使用されます。 ウェハーに塗布されたレジストにスキャナー内のマスクを通して露光し、その後現像液トラックで現像されます。 リソグラフィー処理の段階で実際の装置の最小寸法が決定されるため、この段階の管理は極めて重要です。 CD、レジストプロファイル、ラインエッジラフネスなどを測定する必要があります。 信頼性の高いリソグラフィー処理のためには、クリーンルームの空気も適切に管理する必要があります。 リソグラフィー処理では極微量の除去が難しい炭化水素汚染（レンズ汚染）でさえ有害ですが、微量の酸、基剤、PGMEA などのレジスト溶媒、クリーンルームの空気中の乳酸エチルもウェハーに欠陥が生じる悪影響を及ぼす恐れがあります。
ウェット／ドライエッチングエッチングでは、前工程のフォトリソグラフィーでウェハー上に形成されたレジストまたはハードマスクのレイアウトに従って装置構造の膜や層を形成します。 エッチング処理では、パターン構造の最終形状と寸法（コンタクト、ビア、ラインなど）を決定するパラメーターであるエッチングの速度、異方性、選択性を管理する必要があります。 エッチング処理はさまざまな反応ガスと不活性ガス（またはウェットエッチング処理用の化学薬品）に基づくため、これらのガスおよび液体の純度管理は非常に重要です。

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