フォトリソグラフィ

フォトリソグラフィ技術の詳細解説

フォトリソグラフィ（photolithography）は、感光性物質を使って基板にパターンを焼き付ける技術です。このプロセスは主に、集積回路や液晶ディスプレイパネルの製造時に不可欠な方法となっています。

製造プロセスの概要

1. コート

フォトリソグラフィの最初のステップは、半導体ウェハー（シリコンやヒ化ガリウム）にフォトレジストと呼ばれる感光性の有機物質を均等に塗布することです。この塗布にはスピンコーターやスプレー方法が用いられます。フォトレジストは、ポジ型とネガ型の二種類があり、微細なパターンを形成する必要があるため、今やポジ型が主流となっています。

2. プリベーク

次に、レジストを固化させるためにウェハーを加熱します。これにより、レジストが安定し、次の露光プロセスに備えることができます。

3. 露光

レジストに光を照射して反応を促す工程です。この際、光を通すパターンを持ったマスクが使用されます。ここで、露光装置がウェハー上でマスクを移動しながら縮小投影露光を行い、必要な形状をレジストに描きます。露光に用いる光源の波長は短いほど微細なパターンの制作に適しており、現在ではEUV光（波長13.5nm）の開発が進められています。

4. 現像・リンス

露光後、ウェハーを現像液に浸し、光照射によって変化した部分を除去します。この工程でパターンが初めて現れます。使用される現像液は、レジストを溶かす役割を果たし、主に水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）が使用されています。これにより、不要部分が確実に除去されます。

5. ポストベーク

残った水分を加熱して取り除く工程で、レジストが基板にしっかりと密着します。

6. パターン成形

ここでは、レジストによって形成されたパターンに基づいて、回路やエッチングを行います。エッチングは、ウェハーの表面から不要な材料を削り取るプロセスであり、ドライエッチングとウェットエッチングの二種類があります。

7. 成膜・リフトオフ

望む金属や酸化物をウェハーに形成したい場合、真空蒸着やスパッタリングを用いて成膜します。その後、レジストを溶剤で剥がす際に、成膜された材料も同時に取り除かれ、最終的なパターンが得られます。

分解能の重要性

分解能は、使用する光源の波長に大きく依存します。微細なパターンを形成するためには、開口率と組み合わせた波長の組み合わせが重要で、現在の技術では、248nmから193nmの深紫外線が使用されています。

印刷版の製造

フォトリソグラフィは印刷業界でも使用されます。基板に感光性物質を塗布し、パターン露光を通じてフレキソ版や平版を作成します。このプロセスは、コンピュータと露光装置を組み合わせて印刷版原版を直接生成する方法も普及しています。

結論

フォトリソグラフィは、薬品的反応と光学技術が寄与する高精度な製造プロセスです。半導体工学の中スマートフォンからテレビまで、様々なデバイスで見られる微細な回路を築く土台となっています。

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