【1】なぜスマートファブ（Smart Fab）が必須になったのか
先端ノードの製造は、もはや人手と経験だけでは成立しない。
理由：
・工程数：数千工程
・装置パラメータ：数万〜数十万点
・歩留まり許容幅：極端に狭い（nmレベル）
・EUV露光の変動性（Stochastic Effect）
・材料・装置の相互依存性が強い
・AIチップ需要により生産量が爆発的に増加
そのため、世界のファウンドリ（TSMC / Intel / Samsung）は
工場そのものをAIで最適化する時代 に突入している。
【2】スマートファブの4つの柱
スマートファブ化は、次の4つの技術が中心になる。
●（1）プロセス最適化AI（Process Optimization AI）
膨大なプロセスデータをAIが解析し、
・最適条件
・異常パターン
・収束速度向上を自動で提案する。
→ 開発期間短縮（Node間の移行が高速化）
→ 立ち上げコスト削減
→ 変動吸収力向上
●（2）異常検知（FDC × AI）
従来のFDC（Fault Detection & Classification）にAIを統合。
AIにより：
・微小な振動の変化
・プラズマ光の揺らぎ
・モーター電流の偏差
・温度波形の微妙なズレ
・EUV光源の揺らぎ
といった人間の目や統計では気づけない異常を検出。
歩留まり低下を未然に防ぐ。
●（3）デジタルツイン（Digital Twin）
工場全体の仮想コピーを作り、
プロセス・装置・搬送・レイアウトまでシミュレーション。
例：
・装置投入順序の最適化
・スループット最大化
・装置間干渉の事前チェック
・プロセスレシピの仮想実行
TSMC・imecが先行しており、
今後すべての先端工場で必須技術となる。
●（4）完全自動化（Full Automation）
・無人搬送（OHT/AGV）
・自動レシピ変更
・ロットトラッキング
・ロボットによるウェハハンドリング
人が物理的に触れなくなる工場 が最終形。
【3】スマートファブの全体像（データフロー視点）
１．装置データ取得（センサーデータ）
温度、圧力、RFパワー、流量、光学信号など
２．リアルタイム解析（AI × FDC）
異常兆候を秒〜ミリ秒単位で検出
３．プロセス最適化（Process Optimization AI）
レシピを微調整し良品率を最大化
４．デジタルツイン検証
変更が歩留まりにどう影響するか事前検証
５．Fabスケジューリング最適化
装置稼働率・搬送効率を最大化
６．フィードバック制御
次のロットに結果を反映
→ 人間は判断ではなく監督のみを担う時代に。
【4】スマートファブが解決する課題
●（1）EUVの変動性（Stochastic Effect）
EUVは確率的な欠陥が発生するため、
AIによる大量データ解析が必須。
●（2）多層配線の歩留まり低下
配線層は材料違い・工程違いの集合体。
AIが相関を解析して最適化。
●（3）装置間差（Chamber Matching）
複数装置の挙動差をAIで補正し、均一化する。
●（4）熟練技術者不足
AIがノウハウを学習し、再現＆継承可能に。
●（5）開発期間長期化
Node移行時のレシピ探索をAIが高速化。
【5】世界のスマートファブ動向
● TSMC
独自の「AI Manufacturing Platform」を構築。
EUV管理・チャンバーマッチング・歩留まり管理をAI化。
● Inte
Siliconomicsを掲げ、
AIによるFab最適化に巨額投資。
特にPowerVia（バックサイドPDN）と組み合わせたプロセス最適化が加速。
● Samsung
大量データ解析と装置最適化で自動化を強化。
● imec
デジタルツインの最先端研究機関。
スマートファブはすでに競争力そのもの。
【6】課題と将来展望
● 課題
・データフォーマットの統一が未整備
・装置メーカーごとの仕様差（ブラックボックス）
・データ量が膨大（数PB〜EB）
・AIモデルのドリフト問題
・セキュリティ・機密保持
● 将来展望
・AIモデルの自己進化
・工場全体の完全無人化
・プロセス開発をシミュレーションだけで完結
・量産ラインの自律運転
半導体工場は 自動車工場でも航空機工場でもない。
世界で最も複雑な工場 をAIで動かす時代が来ている。
【7】まとめ（5-14）
・スマートファブは先端ノードを支える基盤技術
・プロセス最適化AI・異常検知AI・デジタルツイン・自動化の4本柱
・EUV・多層配線・チップレットなど現代の課題に対応
・世界トップファウンドリはすべてAI工場化を推進
・半導体工場はデータで動く工場へ進化中
【理解チェック】
１．スマートファブが必要とされる背景を説明してください。
２．FDC × AI が従来のFDCと比べて優れる点は？
３．デジタルツインが工場運営に与えるメリットを挙げよ。
コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。
※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。
