計量学

半導体製造においてチップの寸法や膜厚を検証する上で極めて重要となる、高精度測定の科学技術。

半導体製造およびハイテクハードウェア製造において、メトロロジー（計測技術）は超精密測定の科学と実践です。これには、特殊な光学、X線、電子ビームシステムを用いて、シリコンウェーハ上の微細構造の物理的寸法、膜厚、材料特性を検査・検証することが含まれます。現代のマイクロチップは1桁ナノメートル単位で測定される部品を備えているため、メトロロジー装置は、物理構造が意図した設計と一致することを保証するために、原子レベルの精度で動作する必要があります。 メトロロジーは、チップ製造プロセス全体の数百の個別工程に組み込まれています。欠陥や異物を探す検査ツールとは異なり、メトロロジー装置は、トレンチ深さ、ゲート幅、層のアライメントなどの物理パラメータを具体的に測定します。メトロロジーシステムが、あるプロセス工程が厳しい許容範囲から外れたことを検出した場合、エンジニアは生産を一時停止し、数千枚のウェーハが無駄になる前に装置を再校正することができます。 投資家にとって、メトロロジー企業は半導体設備投資（capex）の重要な指標です。チップアーキテクチャがGate-All-Around（GAA）トランジスタや高帯域幅メモリのような複雑な3D構造へ移行するにつれ、高度なメトロロジーへの需要は指数関数的に増大します。高成長のメトロロジー企業は、しばしばプレミアム評価を受け、顧客粘着性が高い傾向があります。これは、独自の測定技術が、チップメーカーが収益性の高い製造歩留まりを達成するために不可欠だからです。

半導体ファウンドリは、目標ゲート酸化膜厚が正確に1.20ナノメートルである3ナノメートルチップを製造している。同ファウンドリの光学式計測ツールがサンプルウェハを測定したところ、厚さ1.28ナノメートルを検出した。この0.08ナノメートルの偏差は許容公差0.02ナノメートルを超えているため、製造ラインは再校正のために自動停止し、ファウンドリが数千枚の不良ウェハを製造するのを回避した。