半導体精密加工の種類：機械・化学・電気・光学加工

半導体精密加工の種類

半導体製造は極めて微細な工程で構成されており、加工プロセスにも「超精密加工」が求められます。

下図は超精密加工の分類例です。

• 機械加工

工具で力を加えて削る、伝統的で高精度な加工。

• 化学加工

薬品で材料を溶かす、応力の少ない表面加工。

• 電気加工

放電や電解で削る加工。硬い材料や微細加工に強い。

• 光学加工

レーザーや光で非接触加工。超精密に対応。

各精密加工について例を挙げながら解説します。

機械加工

機械加工の例は以下の通りです。

刃物で材料を削り取る、代表的な機械加工法。

• 切削加工

刃物で材料を削り取る、代表的な機械加工法。

• 砥粒加工

砥粒(砥石や研磨剤)で材料を削る、高精度な仕上げ向け加工法。

機械加工は、ウェハ製造・部品加工・装置構成部材の仕上げなど、半導体製造のさまざまな工程で利用されます。代表的な用途は以下の通りです。

• 切削加工：半導体製造装置の金属部品加工

精密な金属フレームやアーム部品などを加工する際に使用されます。

• 切削加工：石英ガラスやセラミック治具の粗加工

切削で基本形状を作成後、他の工程で仕上げる場合があります。

• 砥粒加工：シリコンウェハの鏡面研磨

ウェーハの平坦化や仕上げで使用されます。

• 砥粒加工：高硬度材料(SiC基板など)の表面仕上げ

ダイヤモンドスラリーなどを使って高精度な研磨を行います。

このように、機械加工は「装置を作る側（部品加工）」と「素材を整える側（ウェハ・治具研磨）」の両方で重要な役割を果たしています。

化学加工

化学加工の例は以下の通りです。

• エッチング

薬液やガスで材料を溶かし、パターンを形成する微細加工法。

• CMP(化学機械研磨)

化学反応と研磨を組み合わせた、表面平坦化のための技術(機械加工と化学加工のハイブリッド)。

化学加工は主に微細構造の形成や表面の平坦化など、半導体製造の中核工程で活用されます。代表的な用途は以下の通りです。

• エッチング：配線やトランジスタの微細パターン形成

フォトレジストを使って選択的にエッチングし、ナノスケールの回路を作製します。

• エッチング：酸化膜や金属膜の加工

各種膜を必要な形に加工し、素子間の構造を構築します。

• CMP：配線層の平坦化

配線層ごとの凸凹を平らにし、多層配線を可能にします。

• CMP：SOI基板や鏡面ウェハの表面仕上げ

高精度な鏡面を得るための最終仕上げに使用されます。

このように化学加工は、ナノレベルでの微細加工や、膜・表面の品質制御に不可欠な技術です。

電気加工

物理的接触なしに高精度な加工を行えます。導電性材料をはじめ、ナノスケールの微細加工にも対応できます。電気加工の代表例は以下の通りです。

• 放電加工(electrical discharge machining)

電極とワーク間に火花放電を発生させ、材料を局所的に溶融・除去する加工法。

• イオンビーム加工(ion beam machining）

加速されたイオンを照射し、材料表面を原子・分子レベルで削る微細加工法。

電気加工は、微細形状の形成や高硬度・難加工材の精密加工に用いられます。代表的な用途は以下の通りです。

• 放電加工：半導体装置部品の精密微細加工

セラミックノズルや金属製マイクロパーツなど、複雑形状の非接触加工に適しています。

• 放電加工：金型や射出成形部品の精密加工

鋭角・深溝などの加工に強みがあり、工具摩耗の影響も抑えられます。

• イオン加工：半導体デバイスの断面作製・修正

微細パターンの一部加工や解析用断面の作製に用いられます。

• イオン加工：マスクレス微細加工や表面改質

レジスト不要で高精度加工が可能で、ナノスケールの構造形成に有効です。

このように電気加工は、「工具の届かない精密領域」や「加工が難しい高硬度材」に対応できる先端加工技術です。

光学加工

光学加工の代表はレーザー加工です。

• レーザー加工

高エネルギーのレーザー光で材料を局所的に加熱・蒸発させて除去する加工法。

光学加工は、主にウェハ表面の微細パターン形成や局所的な改質に使われます。代表的な用途は以下の通りです。

• レーザー加工：ウェハのダイシング(チップ分割)

物理的な応力をかけずに、高精度にチップを切り出す手法として使われます。

• レーザー加工：透明材料(石英など)への微細加工

非接触かつ熱影響が少ないため、光学部品やマイクロ構造の形成に適します。

このように、光学加工は「微細パターン形成」や「高精度な非接触加工」が求められる半導体製造工程で重要な役割を担います。