微細加工の原理と露光

　図1に示すように、半導体はシリコンウエハ上に成膜→リソグラフィによるマスク形成→エッチング→レジスト除去と洗浄→検査の工程を、30～50回程度繰り返すことによって、トランジスタや配線などの3次元の構造物を形成することによって製造される。

　このうち、リソグラフィとエッチングの2つの工程を微細加工と呼んでいるが、図2を用いて、もう少し詳しく説明する。

　まず、多結晶シリコン、絶縁膜、各種メタルなどの加工したい膜をシリコンウエハ上に成膜し、その膜上にレジストと呼ばれる感光性の膜を塗布する。次に、レチクルと呼ばれる集積回路の原版を介してレジストを光にさらす。この工程を露光と呼び、光が照射されたレジストが化学反応を起こし、溶媒に溶けやすくなる。ここに現像液をかけることによって、化学反応を起こしたレジストを溶解し除去する。これを現像という。ここまでの3ステップが、リソグラフィ工程である。リソグラフィ工程では、常に、いかに微細なレジストマスクを形成するかの技術を開発している。

　レジストマスクが形成された後は、プラズマを用いて実際に膜をエッチングする。これをドライエッチングと呼んでいる。エッチングが終わった後は、不要となったレジストを酸素プラズマで灰化し除去する。これをアッシングと呼ぶ。この2ステップがエッチング工程である。エッチング工程では、常に、いかに垂直に膜を加工するかの技術を開発している。

半導体の微細化の歴史

　半導体の微細加工が、リソグラフィとドライエッチングによって行われていることを説明した。リソグラフィでは、いかに微細なレジストマスクを形成するかが勝負どころとなるが、その原理を、図3を用いて説明する。

　回路の原版であるレチクルを介して光をレンズで集光してレジストに照射する。その際の解像度、つまり微細化の限界Rは、K（定数）×λ（露光波長）÷NA（レンズの開口数）で決まる。これを、レイリーの式と呼ぶ。つまり、微細化するには、露光波長λを小さくする、つまり短波長化すればいいことがわかる。