歩留まり(Yield)は、半導体の製造プロセスにおいて、ウェハ1枚当たりの全ダイ(チップ)数に対する良品ダイ数の割合(百分率)を表す指標です。歩留まりが高いほど同じウェハ・材料・設備から得られる良品チップ数が増え、製造コストが下がります。逆に歩留まりが低いと、製品コストが跳ね上がり、利益率に直結します。
歩留まりに影響する主な要因は、プロセス欠陥(パーティクル汚染・エッチング不均一・成膜異常などによる回路パターン欠陥)、設計起因(ESD脆弱性・タイミングマージン不足)、ランダム欠陥(個々のダイに発生する確率的な欠陥)、系統的欠陥(特定パターン・プロセス条件に依存して繰り返し現れる欠陥)などです。
歩留まりはウェハ歩留まり(Wafer Yield:ウェハ全体の良品率)とダイ歩留まり(Die Yield:1枚のウェハ上の良品ダイ率)の2段階で管理されます。ダイ歩留まりは Poisson モデルや Murphy モデルなどの統計モデルで予測され、欠陥密度(D₀:cm⁻²)・ダイ面積(A)・クリティカルエリアを考慮した計算が行われます。
歩留まり向上(Yield Enhancement)は半導体製造の最重要課題の一つです。主なアプローチは、欠陥検査(KLAやApplied Materialsの光学・e-beam検査)による欠陥源の特定・排除、プロセス制御(APC:Advanced Process Control)による工程変動の最小化、設計ルールの見直し(DFM:Design for Manufacturability)、クリーンルーム清浄度向上などです。
先端ノード(3〜5nm)では歩留まり確保が特に困難で、TSMC・Samsung・Intelは量産開始初期に歩留まりが30〜50%台から始まり、継続的な改善で80〜90%以上を目指す数年間のランプアップを経ます。歩留まり管理に使われるデータ解析・機械学習ツールの市場も成長しており、Applied Materials(SEMVision)・KLA・PDF Solutions等が提供しています。