半導体のフォトリソグラフィとは？工程フローと原理
semi-journalフォトリソグラフィとは？
半導体のフォトリソグラフィとは、「ウェーハに光を照射することで回路パターンを描く工程」です。
リソグラフィは大きく分けて以下の3工程から構成されます。
- フォトレジスト塗布
- 露光
- 現像
これら3つのプロセスをまとめて「リソグラフィ工程」と呼びます。
フォトレジスト塗布工程
フォトレジスト塗布工程は、「光によって溶解性が変化するフォトレジストをウェーハ表面に塗布する工程」です。
フォトレジストは後に続くエッチングなどからウェーハ表面を保護する目的があります。工程フローを順番に見ていきましょう。
1.前処理
レジスト塗布前にウェーハ表面を洗浄し、その後HMDS(ビス(トリメチルシリル)アミン)により表面を疎水性に改質します。
現像液に水溶液を用いる場合、ウェーハとレジストの間に溶液が入り込みレジスト剥がれが生じてしまうのを防止する役割があります。
3.プリベーク
100℃前後でウェーハを加熱し、溶媒を蒸発させレジストを硬化させます。
露光工程
露光は、ウェーハにマスクを通して光を照射し、回路を焼き付ける工程です。
光が照射された部分だけ、フォトレジストの溶解性が変化します。例えばポジ型の場合、感光部のみ溶解性が増大し、続く現像で露光部が除去され、非露光部がパターンとして残ります。
フォトレジストは、露光による溶解性の変化の仕方により「ネガ型・ポジ型」に分けられます。
- ネガ型レジスト
- ポジ型レジスト
感光すると現像液に対する溶解性が低下するレジスト。現像すると非露光部のレジストが溶け、露光部が残る。
感光すると現像液に対する溶解性が増大するレジスト。現像すると露光部のレジストが溶け、非露光部が残る。
現像工程
現像は「不要なレジストを溶解し、回路パターンを刻むためのマスクを形成する工程」です。
前述の露光により、露光部のレジストの溶解性が変化しているため、現像液で不要なレジストを取り除きます。このとき、残ったレジストは続くエッチング工程でのマスクの役割を果たします。
1.露光直後
露光直後はパターンに従いフォトレジストの溶解性が変化している状態です。
ポジ型の場合、露光部のレジスト溶解性が増大しています。
2.現像
現像液で不要なレジストを除去しパターンを現像します。
現像後は純粋で洗浄(リンス)し、現像をストップさせます。
3.ポストベーク
100℃前後でウェーハを加熱しレジストとウェーハ表面の密着性を向上させます。これは、続くエッチング時にレジストが剥がれないようにするためです。
4.エッチング
レジストをマスクとしシリコン基板ををエッチングし、ウェーハに所望の回路を刻み込みます。
エッチング液に浸漬するウェットエッチングと、ガスでエッチングするドライエッチング方式があります。
以上のプロセスにより、フォトリソグラフィ―ではウェーハ上に希望の回路パターンが刻まれていきます。
なお、現像装置は現像の英語であるdevelopから「デベロッパ(developer)」と呼ばれます。
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