ウェットエッチング装置　どのような装置があるのか？有力メーカーはどこか？

この記事で分かること

ウェットエッチング装置

　半導体の重要性が増す中で、前工程装置は世界的に成長が続いています。

　https://optronics-media.com/news/20250414/99245/

　特に中国は米中対立もあり、大幅な投資増加が続いています。今後も先端技術を駆使した半導体の需要増加と従来技術による成熟プロセスともにその重要性は増加するとみられています。

　今回は露光工程後のエッチング、特にウェットエッチングの装置に関する解説となります。

半導体の前工程とは

　半導体の前工程とは、シリコンウェハ上にトランジスタや配線などの微細な回路を形成する一連のプロセスのことです。ウェハを素材として、集積回路を作り込んでいく、半導体製造の最も重要な部分と言えます。非常に多くの精密な工程を経て、最終的な半導体チップの機能が決まります。

主な前工程は以下の通りです。

ウェハ準備

　シリコンインゴットの製造: 高純度のシリコンを溶解し、種結晶を用いて単結晶のシリコンインゴットを育成します。

• スライス: インゴットを薄い円盤状（ウェハ）にスライスします。
• 研磨: ウェハ表面を平坦かつ滑らかに研磨します。
• 洗浄: ウェハ表面の微細な異物や汚れを徹底的に除去します。

成膜

　ウェハ表面に、酸化膜、窒化膜、金属膜など、様々な薄膜を形成します。

• 成膜方法には、CVD（化学気相成長法）、スパッタリング（物理気相成長法）、ALD（原子層堆積法）などがあります。

フォトリソグラフィ

　ウェハ表面に感光材（フォトレジスト）を塗布します。

• 回路パターンが描かれたマスク（フォトマスク）を通して紫外線を照射し、レジストにパターンを焼き付けます。
• 現像液で不要なレジストを除去し、ウェハ上に回路パターンを形成します。

エッチング

　フォトリソグラフィでパターン形成されたレジストをマスクとして、露出した成膜を除去し、ウェハに回路パターンを転写します。

• エッチングには、液体を用いるウェットエッチングと、プラズマを用いるドライエッチングがあります。

不純物導入（ドーピング）

　半導体特性を持たせるために、リンやボロンなどの不純物をウェハ中に注入します。

• イオン注入法などが用いられます。

平坦化（CMP: Chemical Mechanical Polishing）

　表面の凹凸をなくし、平坦にするための処理です。

• 化学的な腐食と 研磨を同時に行います。

配線形成（メタライゼーション）

　形成されたトランジスタなどの素子間を金属配線で接続します。

• スパッタリングなどで金属膜を形成し、フォトリソグラフィとエッチングで配線パターンを作ります。

これらの工程を何度も繰り返し行うことで、複雑な集積回路がウェハ上に形成されます。前工程は、半導体の性能や品質を大きく左右する、非常に重要なプロセスです。

ウェットエッチングエッチング装置

　半導体前工程における現像後のエッチングは、フォトリソグラフィによって形成されたレジストパターンを利用して、半導体基板上の不要な薄膜を除去する重要なプロセスです。これにより、半導体デバイスの回路パターンが形成されます。

　薬液によってエッチングを行う、ウェットエッチング装置の構成は、バッチ式と枚葉式の2つの主要なタイプによって大きく異なります。

1. バッチ式ウェットエッチング装置

バッチ式は、複数のウェーハを一度に処理する方式で、生産性が高いのが特徴です。

構成要素

• 処理槽（Process Tank）:
  • エッチング液や洗浄液が充填される槽です。耐薬品性の高い素材（PP、PFA、PVDFなど）でできています。
  • 温度管理機能（ヒーター、冷却器）を備え、エッチング反応速度を一定に保ちます。
  • 液の攪拌（かくはん）機構（循環ポンプ、ジェットノズルなど）を持つ場合もあります。
• ウェーハカセット（Wafer Cassette）:
  • 多数のウェーハ（通常25枚または50枚）をまとめて保持するカセットです。
• ウェーハ搬送ロボット/アーム（Wafer Transfer Robot/Arm）:
  • ウェーハカセットごと、またはウェーハを1枚ずつ、処理槽へ搬入・搬出する機構です。
• 薬液供給・循環システム（Chemical Supply & Circulation System）:
  • 高純度なエッチング液や洗浄液を供給し、使用済みの液を回収・循環させるためのポンプ、フィルター、配管、バルブ類などで構成されます。
  • 液の濃度や純度を維持するためのオンライン分析装置が組み込まれることもあります。
• 純水供給・排水システム（DI Water Supply & Drain System）:
  • エッチング後のリンス（純水洗浄）に使用する超純水（DIW）を供給し、使用済みの排水を回収・処理するシステムです。
• 乾燥部（Drying Unit）:
  • エッチングおよび洗浄後のウェーハを乾燥させる部分です。スピンドライヤー（高速回転させて水滴を吹き飛ばす）、IPAベーパー（イソプロピルアルコール蒸気）乾燥、マランゴニ乾燥（表面張力を利用）などが一般的です。
• 排気システム（Exhaust System）:
  • 発生する有毒ガスや蒸気を安全に排出するための排気フード、ダクト、スクラバー（排ガス処理装置）などです。
• 制御システム（Control System）:
  • 装置全体の動作（液の供給、温度、時間、搬送など）を自動制御するPLC（プログラマブルロジックコントローラ）やPCインターフェースです。

バッチ式のメリット・デメリット

• メリット: 一度に大量のウェーハを処理できるため、高いスループットとコスト効率が魅力です。
• デメリット: ウェーハ間でプロセスばらつきが生じやすく、液の消耗が激しい場合があります。微細化が進むと、均一性維持が課題となることがあります。

---

2. 枚葉式ウェットエッチング装置

　枚葉式は、ウェーハを1枚ずつ処理する方式で、均一性や精密な制御が求められるプロセスに適しています。

構成要素

• スピンチャック/ウェーハ保持部（Spin Chuck/Wafer Holder）:
  • ウェーハを水平に吸着・固定し、高速回転させるための台です。
• 薬液供給ノズル（Chemical Supply Nozzles）:
  • 高速回転するウェーハ表面に、エッチング液や洗浄液、純水を精密に噴射するためのノズルです。複数のノズルを持つ場合が多く、異なる薬液を順次供給できます。
• ウェーハ搬送ロボット（Wafer Transfer Robot）:
  • ウェーハをカセットから1枚ずつ取り出し、スピンチャックへ搬送し、処理後にカセットへ戻すロボットアームです。
• 薬液供給・回収システム（Chemical Supply & Recovery System）:
  • バッチ式と同様に、高純度な薬液を供給し、使用済みの液を回収するシステムです。枚葉式では、使用量に応じてフレッシュな薬液を都度供給することも多く、液の鮮度を高く保てます。
• 純水供給・排水システム（DI Water Supply & Drain System）:
  • 超純水をウェーハ表面に噴射し、洗浄するシステムです。
• 乾燥部（Drying Unit）:
  • 高速回転によるスピンドライが一般的ですが、加熱機能付きの窒素ガスブローなどを併用することもあります。
• 排気システム（Exhaust System）:
  • 密閉されたチャンバー内で処理が行われるため、チャンバー内の雰囲気管理と排気が重要です。
• 制御システム（Control System）:
  • 各ウェーハに対する薬液の供給時間、回転速度、ノズルの位置などを厳密に制御します。

枚葉式のメリット・デメリット

• メリット: ウェーハごとの均一性が高く、プロセス制御が精密に行えます。液の使用量を抑えられ、フレッシュな薬液を使用できるため、プロセス安定性が高いです。
• デメリット: バッチ式に比べてスループットが低く、装置コストも高くなる傾向があります。

---

半導体前工程のウェットエッチング装置の有力メーカーはどこか

　半導体前工程のウェットエッチング装置の有力メーカーはいくつかありますが、特に以下の企業が挙げられます。

主要なグローバルメーカー（日本企業含む）

• SCREENホールディングス (SCREEN Holdings)：
  • 日本の半導体製造装置メーカーで、特にウェット洗浄装置では世界トップシェアを誇ります。ウェットエッチング装置も手掛けており、洗浄とエッチングは密接に関連する工程なので、この分野で非常に強い影響力を持っています。枚葉式・バッチ式ともに実績があります。
• 東京エレクトロン (Tokyo Electron Limited: TEL)：
  • 日本を代表する半導体製造装置メーカーで、ドライエッチング装置のシェアも高いですが、ウェットプロセス関連装置も提供しています。
• Lam Research Corporation (ラムリサーチ)：
  • 米国の大手半導体製造装置メーカーで、ドライエッチング装置で特に有名ですが、ウェットエッチングを含むウェットプロセス装置も提供しています。
• Applied Materials Inc. (アプライドマテリアルズ)：
  • 米国の大手半導体製造装置メーカーで、成膜、エッチング、検査など幅広い分野の装置を提供しており、ウェットプロセス装置も手掛けています。

その他の有力メーカー

• 芝浦メカトロニクス株式会社:
  • 特に高温リン酸エッチング装置（窒化膜エッチング用）などで実績があり、300mmウェーハ対応の装置も提供しています。
• 日立ハイテク:
  • ウェット処理装置（ウェットステーション）を提供しており、幅広いニーズに対応できるカスタム装置も手掛けています。
• Siconnex Japan (サイコネックス ジャパン) 合同会社:
  • ウェットプロセス装置のグローバルサプライヤーで、特にバッチスプレー技術に強みを持っています。
• 株式会社カナメックス:
  • フォトリソ関連のウェット処理プロセス装置の設計・製作に長年の実績があります。

　ウェットエッチング装置は、単に膜を除去するだけでなく、その後の工程に影響を与えないよう、均一性や選択性、ダメージ抑制などが非常に重要になります。そのため、各メーカーは長年の経験と技術力を活かし、特定の膜種やプロセスに特化した高性能な装置を提供しています。