インライン検査とは？半導体の工程内検査とAPCによる制御を徹底解説

半導体工場では、完成したチップを検査するだけでは間に合いません。1,000を超える工程の途中で、作りかけのウェハーを何度も検査し、その結果を製造条件に反映させ続けています。これがインライン検査です。

「不良を見つける」ことが目的だと思われがちですが、それは半分にすぎません。本当の狙いは、不良が生まれる前に工程を修正することにあります。

この記事では、インライン検査の全体像を、種類・検査ポイントの設計・サンプリング・データ活用（APC）・最新動向まで通して解説します。個々の装置の仕組みは半導体検査装置とは？種類と世界シェアをご覧ください。

インライン検査とは

インライン検査は、製造ラインを流れているウェハーを、工程の途中で検査することです。英語では in-line inspection、計測を含めて in-line metrology とも呼ばれます。

最大の特徴は、検査したウェハーがそのままラインに戻り、製品になる点です。そのため非破壊であることが絶対条件になります。

比較項目	インライン検査	オフライン検査（解析）
タイミング	工程の途中	ラインから抜き出して実施
ウェハーの行方	ラインに戻り製品になる	多くは製品にならない
破壊の可否	非破壊が絶対条件	断面観察など破壊も可
速度	生産を止めない速さが必要	時間をかけられる
目的	工程の監視と制御	原因の究明

両者は対立するものではなく、インラインで異常を見つけ、オフラインで原因を突き止めるという役割分担で使われます。

なぜ「途中で」検査するのか

理由は3つあります。いずれも、半導体という製品の特殊性から来ています。

①完成後では手遅れになる

半導体の前工程は、成膜・露光・エッチング・洗浄を層ごとに何十回も繰り返す構造です。ある工程で異常が起きても、そのまま流せば後続の数百工程分の加工費がすべて無駄になります。

序盤で気づけば、被害はそのロットだけで済みます。検査は、損失の拡大を止めるブレーキなのです。

②完成後では「原因」が分からない

より本質的なのがこちらです。完成したチップが不良だったとして、1,000工程のどこで問題が起きたのかは、そこからでは特定できません。

工程の要所で検査していれば、「A工程の後は正常、B工程の後で異常」と切り分けられます。インライン検査は、問題の発生源を絞り込むための座標軸を提供します。

③歩留まりを「学習」するため

新製品の量産立ち上げでは、歩留まりは低い状態から始まります。ここでいかに早く原因を潰し、安定させるかが競争力を決めます。これを歩留まり学習（yield learning）と呼びます。

インライン検査のデータは、この学習の材料そのものです。検査は品質保証の手段であると同時に、工場を賢くしていく仕組みでもあります。

インライン検査の3つの種類

インラインで行われる検査は、目的によって3系統に分かれます。日本語ではどれも「検査」と呼ばれますが、英語では明確に区別されます。

系統	英語	何を見るか	代表的な装置
欠陥検査	inspection	異物・傷・パターン欠け（あるか）	光学式・電子ビーム式欠陥検査装置
計測	metrology	寸法・膜厚・重ね合わせ（どれだけか）	CD-SEM、膜厚計、オーバーレイ計測
電気特性検査	WAT / PCM	電気的に正しく機能するか	パラメトリックテスタ

①欠陥検査｜「あるか」を見る

ウェハー上の異物、傷、パターンの欠けや短絡を見つけます。光を当てて画像を取得し正常なパターンと比較する光学式が主流で、より微細な欠陥には電子ビーム式が使われます。くわしくはウェハー欠陥検査装置の仕組みとは？で解説しています。

②計測｜「どれだけか」を測る

線幅、膜厚、パターンの重ね合わせズレ（オーバーレイ）などを数値で測ります。欠陥検査が「異常の有無」を見るのに対し、計測は正常な範囲内でのばらつきを数値化します。

この数値こそが、後述するプロセス制御の入力になります。線幅測定についてはCD-SEM（測長SEM）とは？をご覧ください。

③電気特性検査（WAT）｜スクライブラインの実験場

意外に知られていないのが、この3つ目です。前工程の終盤では、電気を流して特性を測る検査も行われます。WAT（Wafer Acceptance Test）やPCM（Process Control Monitor）と呼ばれます。

興味深いのは、測定対象が製品チップではないことです。ウェハー上でチップとチップの間には、後で切断されるスクライブラインという隙間があります。ここに、TEG（Test Element Group）と呼ばれる評価専用の素子や回路が作り込まれています。

TEGは製品にはなりません。切り分けるときに捨てられる領域です。しかし、そこにトランジスタや配線パターンを作っておけば、実際の製造条件で作られた素子の電気特性を測れます。

これにより、「膜厚は規格内だが、トランジスタの特性がずれている」といった、形状の測定だけでは分からない異常を捉えられます。捨てる場所を実験場として使う——製造の知恵といえる仕組みです。

どこで検査するか｜検査ポイントの設計

すべての工程の後で検査すれば安心ですが、それでは生産が止まってしまいます。どこで検査するかの設計自体が、生産技術の重要な仕事です。

一般に、検査は次のような場所に置かれます。

• 不良が起きやすい工程の後：高アスペクト比のエッチングなど難易度の高い工程
• 後戻りできなくなる直前：ここを過ぎると修正不能、という分岐点
• やり直しが効く工程の後：露光後の現像検査は、異常ならレジストを剥がして再露光できる
• 装置の状態が変わりやすい箇所：チャンバー内に膜が堆積する工程など

とくに「やり直しが効くかどうか」は重要な観点です。露光は、エッチングする前ならレジストを除去して作り直せます。この工程での検査は、不良を「見つける」だけでなく「救済できる」ため、費用対効果が高くなります。

全数か抜き取りか｜サンプリングの現実

インライン検査は、基本的に全数では行いません。検査には時間がかかり、すべてのウェハーを全工程で調べれば、生産が成立しなくなるためです。

そこで、ロットの中から数枚を選んで検査する抜き取り（サンプリング）が行われます。ここには、常につきまとうジレンマがあります。

	検査を増やすと	検査を減らすと
品質	異常を早く見つけられる	発見が遅れ被害が拡大する
生産性	スループットが落ちる	生産量を確保できる
コスト	検査装置と時間のコスト増	不良による損失リスク増

この最適点は、状況によって動きます。量産が安定している製品では検査を減らし、立ち上げ期や異常の兆候があるときは増やす——動的にサンプリング率を変える運用が一般的です。

近年は、装置の状態や過去のデータから「リスクの高いロットを優先的に検査する」といった、賢いサンプリングも取り入れられています。

検出した欠陥の正体を突き止める工程はレビューSEMとは？で扱っています。

データをどう使うか｜APCという頭脳

ここが、インライン検査の核心です。測ったデータを、次の製造にどう反映させるか。

この仕組みをAPC（Advanced Process Control／先進プロセス制御）と呼びます。東京エレクトロンの解説によれば、APCとはこれまで属人的な知見やスキルに依存していた製造条件の管理・制御業務を、AIモデルやアルゴリズムに委ね、自律的に管理・制御する技術とされます。

APCは、タイミングの異なる3つの制御で構成されます。

制御	タイミング	やること
フィードフォワード	処理前	前工程の計測値から、既知のばらつきを事前に補正する
リアルタイム	処理中	温度・圧力・流量を監視し、その場で条件を修正する
Run-to-Run（R2R）	処理後	結果を見て、次回のレシピ条件を補正する

フィードフォワード｜前工程のズレを次で吸収する

たとえば、成膜工程で膜がわずかに厚くなったとします。この情報を次のエッチング工程に渡しておけば、エッチング時間を少し長めに設定して帳尻を合わせられます。

前工程のばらつきを「なかったこと」にはできませんが、後工程で先回りして打ち消す——これがフィードフォワードの考え方です。

R2R｜装置の「経年変化」を追いかける

装置は、使い続けるうちに少しずつ状態が変わります。チャンバー内壁への膜の堆積、部品の摩耗、消耗品の劣化。こうしたゆっくりとした変動は避けられません。

R2R制御は、処理結果を見て次回のレシピを微調整することで、この緩やかなズレを補償し続けます。装置は放っておけば必ずズレる。だから測り続け、直し続けるという思想です。

なぜ微細化でAPCが不可欠になったのか

APCがここまで重要になった理由は、許容される誤差の桁が変わってしまったことにあります。

東京エレクトロンの資料では、次のように示されています。

世代	許容誤差の目安
28nm世代	±3nm
3nm世代	±0.3nm

±0.3nmは、原子数個分に相当します。人の経験や勘で管理できる範囲を、完全に超えています。

さらに、最先端のチップ製造では数百から数千の工程と、数百から数千のパラメーターが相互に影響し合います。同資料はこれを「人間の能力では扱えないレベル」と表現しています。

だからこそ、測って、自動で直し続ける仕組みが必要になった。インライン検査は単独では意味を持たず、APCと組み合わさって初めて価値を発揮します。

装置から得られる信号のひとつに、高周波電源の整合状態があります。RF電源とは？で解説しています。

最新動向｜測らずに推定するバーチャルメトロロジー

インライン検査には、根本的な矛盾があります。精度を上げるには測る回数を増やしたいが、増やすほど生産性が落ちるというものです。

この矛盾への回答として登場したのが、バーチャルメトロロジー（仮想計測）です。

これは、実際には測定せず、装置のセンサーデータから品質値をAIで推定する技術です。装置は処理中、温度・圧力・ガス流量・電力といった膨大なデータを出力しています。過去の実測値とこれらのデータの関係を学習させておけば、測定していないウェハーの状態も推定できます。

推定値はR2Rやリアルタイム制御に使われ、実質的に「全数を測っているのに近い」状態を、生産性を落とさずに実現します。

「測る」から「予測する」へ——検査という工程そのものの考え方が変わりつつあります。AI活用が装置産業で語られるとき、その中心にあるのがこの領域です。

工程内では壊さずに測りますが、原因が分からないときは断面を作ります。断面SEMとは？で解説しています。

主要メーカー

インライン検査は、装置とソフトウェアの両方で成り立ちます。

領域	主要企業
欠陥検査・計測	KLA（米）、日立ハイテク（日）、アプライドマテリアルズ（米）
測長SEM	日立ハイテク（日）
オーバーレイ計測	KLA（米）、ASML（蘭）
電気特性検査（WAT）	各社パラメトリックテスタ
APC・制御ソフト	東京エレクトロン（日）、装置各社、専業ベンダー

注目すべきは、装置メーカー自身が制御ソフトウェアの領域に踏み込んでいることです。装置の性能を引き出すには、その装置固有の癖を知り尽くした制御が要ります。ハードとソフトを一体で提供できるかが、競争力の分かれ目になりつつあります。

各社の規模は半導体製造装置メーカー世界ランキング2026、工程別のシェアは工程別・世界シェアまとめをご覧ください。

よくある質問

インライン検査は英語で何と言いますか？

in-line inspection です。計測を含める場合は in-line metrology、工程監視の意味では in-line monitoring とも呼ばれます。対義語はオフライン（off-line）検査です。

検査したウェハーは製品になりますか？

なります。インライン検査は非破壊が原則で、検査後もラインに戻って加工が続きます。これが、断面を切って観察するようなオフライン解析との決定的な違いです。

インライン検査と最終テストはどう違いますか？

インライン検査は製造途中の工程監視、最終テストは完成品の合否判定です。目的も装置も異なります。最終テストについてはプローバとテスタの違いとは？をご覧ください。

検査を増やせば歩留まりは上がりますか？

単純には上がりません。検査そのものは品質を作り込む工程ではないためです。重要なのは、得られたデータを製造条件へ反映させる仕組み（APC）があるかです。測っただけで使わなければ、時間とコストを消費するだけになります。

ウェハーは検査で汚れませんか？

検査装置も搬送や接触を伴うため、汚染のリスクはゼロではありません。そのため検査装置自体にも高い清浄度が求められます。クリーンルーム環境については半導体工場の搬送システム（AMHS）とは？でも触れています。

まとめ

• インライン検査は、製造途中のウェハーを非破壊で検査し、そのままラインに戻す仕組み
• 目的は不良の発見だけでなく、発生源の特定と歩留まり学習にある
• 種類は欠陥検査（あるか）・計測（どれだけか）・電気特性検査（機能するか）の3系統
• WATはスクライブラインのTEGを使い、捨てる領域を実験場として活用する
• 検査ポイントは「やり直しが効くか」を軸に設計され、抜き取り率は状況に応じて動的に変わる
• データはAPC（フィードフォワード・リアルタイム・R2R）で製造条件に反映される
• 3nm世代の許容誤差は±0.3nm（原子数個分）で、人の管理を超えたためAPCが不可欠に
• バーチャルメトロロジーにより「測る」から「予測する」への転換が進む

検査装置全体の分類は半導体検査装置とは？種類と世界シェア、装置全体の位置づけは半導体製造装置とは？種類と役割を工程順にわかりやすく解説をご覧ください。

参考・出典

• 東京エレクトロン「最先端半導体チップの製造に不可欠なAdvanced Process Control（APC）の全貌」
• 一般社団法人日本半導体製造装置協会（SEAJ）「半導体製造装置用語集（計測）」
• SEAJ「半導体製造装置分類表」