マジで誰でも分かる「半導体製造工程」の解説！

どうもこんにちは、物作り太郎チャンネルの物作り太郎です。本日は後ろにあるように、半導体製造工程ということで、昔半導体の製造工程をまとめたんですけど、よりバージョンアップというかですね、僕も当時より人脈もできたし、僕の力量も上がってるということで、苦労してる方と素人でどちらにも分かりやすいような動画が必要だろうということで、半導体の製造工程を改めてまとめていただきました。これから半導体業界に行きたいと考えてるとかですね、そういった方には本当にですね、こういう動画ってなんだよっていうような動画に仕上げてきたつもりでございますので、是非最後までご視聴いただければ幸いでございます。

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それでは話を戻してですね、半導体製造工程を解説していきたいと思います。ということで、え、半導体製造工程でやっていきたいと思ってます。実は昔、過去4年ぐらい前に動画作成しておりまして、今見るとですね、これ非常にヒットしまして、え、70万再生いってるんですよ。これをきっかけにですね、元学生から今は社員なんですけども、東京エレクトロンに行くことを決めましたとか、SCREENに入ることを決めましたみたいなですね、逆にSCREENとか東京エレクトロンからお金をもらわないといけないんですけども、このようにですね、僕の動画きっかけで半導体の道に進むようになったエンジニアもたくさんいるというですね、非常に人生を変えてしまった動画になってます。ま、僕としてはその選択が正しければ非常に嬉しいなという風に思いますけども、ま、この動画僕への影響も非常に多くてですね、このようなSCREENとか東京エレクトロンですね、お互いにですね、これ世界の半導体製造装置ある分野でナンバーワン獲得してますし、セミコンジャパンの浜島さんともま、お話しさせていただいてます。そして、レーナックですね。レーナックは安倍さんと写真撮ったのがなくてですね、工場のクリーンルーム脱いだ後の画像があると。ソニー東亜そして東芝とか、東海リカーファブにも訪問してると。ま、東亜さんといえばパッケージの大手、え、半導体製造装置メーカーになってます。大手半導体製造装置やファブに数多く訪問しておりまして、そこから僕もですね、過去から随分パワーアップをしてると。

半導体といえば、このようなウェハーの製造をですね、例えばサムコですとか、信越化学工業で作ってですね、それをですね、回路描画して、ウェハーにこのように綺麗に。だいぶ違いますよね。ウェハーを加工するとこういう風に非常に綺麗になるんですけども、そのように特性を帯びたものをですね、パッケージ。パッケージって何？っていうと、こういうなICチップですよね。この中に半導体が実は入ってるんですね。パッケージした後に皆さんの知ってるま、AppleのiPhoneとかですね、これ三菱のPLCとか、あと自動車とかですね、僕が使ってるレッツノート。これレッツノートはいいやつ使ってます。全然パナソニックから仕事来ないんですけど、ノート非常に使いやすいということで、え、このようなですね、半導体はあらゆるデバイスに搭載されてるキーデバイスになってるわけですね。このようにSEMIの情報ではですね、2030年には1兆ドル、約ま、ドル円換算で150円市場になるということ言われてますし、なんとAIのですね、計算チップを設計するNVIDIAというですね、AI半導体を作ってる企業の時価総額が史上最高になるということで、あのGAFAの時価総額を上回るですね、歴史的事件もありました。半導体規制も始まりまして、計算書も重要物質を維持し続けてるとか、ま、中国に対する米国の規制等ですね、ラピダスやJASを仕掛けることに、これ、え、計算書がなっていく。ま、アさんととの対談も実現してますし、このようにですね、半導体の注目は過去の何倍にもなってると。5年前なんかですね、半導体と聞いて、え、半導体って何？っていうような方も多かったと思うんですが、今では半導体は多くの人が知る。そしてNHKスペシャルもこれ組まれたということで。実はですね、NHKスペシャルの取材が組まれた時にですね、ディレクターが半導体のことがよく分からなかったので、最初ですね、訪問した事務所が弊社の事務所だったんですね。「太郎さん、私繋がりがないので、いろんな方紹介してください」と言われまして、え、紹介させていただいたみたいなこともありましたし、非常にですね、半導体の人気が上がってきたということは言えるんじゃないかなと思います。

計算書の資料をですね、このようなデジタル戦略から引っ張ってくるとですね、この緑のところが日本なんですね。半導体を製造するためには非常に化け物装置が必要になりまして、こういった化け物装置に生で触ったこともあるんですけども、米国、日本、オランダでほぼ独占状態になってます。緑が日本のところで、かなり日本のシェアは2割から3割持たれてると。で、原材料に至ってはですね、原材料といえばですね、このパッケージング素材とかですね、あとは露光の時に必要になるですね、え、こういったフォトレジストとかですね、その他半導体ファブで使われるような科学薬品なんかは多くのものが日本で作られてると。このウェハーに関してもですね、多くのものをですね、日本でえ、作ってるということで、やっぱり日本なくしてはですね、この半導体は作れないということになっています。半導体製造装置のシェアは23%、そして材料や素材は50%程度日本が握ってると。装置に関わるサプライチェーンが日本で構成されております。まだ日本がですね、世界でえる物作りの中でも非常に珍しいと言ったらそれはちょっと間違いになるかもしれませんが、今その物作りという分野はですね、なかなか戦闘力下がってきてますので、その中でも非常に強気で戦えると、世界に打って出て戦えるようなものがですね、半導体にかなり集中してるということで、日本でもかなりえ、注力されてるということでございます。

半導体の製造工程はですね、600工程以上あるということで、ウェハーのまず製造を行うと、これがですね、約10工程ぐらいありまして、このシリコンウェハーですね。え、そこからま、加工600から1000工程。と、今の最先端の半導体だとそのくらいの工程があるかと思うんですけども、この工程を繰り返すのがま、ファブになってるわけですね。で、ファブの中に入ると、こういったクリーンルームになってたりですね、光と反応しないようにこのような日常とは違った光が飛んでたりですね、巨大な半導体製造装置が並べられて、この加工を行ってるわけですね。と、これシリコンバレーのですね、インテル博物館で取ってきたんですけども、ファブをですね、カットするとこういうようなま、3構造か4構造になってるわけですね。ここが皆さんがですね、よくイメージするようなファブのま、半導体製造装置が置いてあるレイヤですね。クリーンルーム、ウェハーの加工を行う装置が並んでるレイヤになってまして、下は何をしてるかというと、下はですね、ここも意味があってですね、加工に使われる材料とか化学物質がありますので、これを供給するようなものになってると。液体、気体のガス、廃棄物など配管を通じて装置に供給されるので、そのパイプだったり、装置に液をですね、供給する装置。装置の装置みたいなものがあるんですね。ま、これをユーティリティと言ったりします。え、電気、冷却、ガス供給、水処理システム等で構築されてますので、まあなんて言うんですか、陰謀論でですね、「汚い処理水が外に流されてるんだ」みたいなバカなことを言って騒ぐ奴がいると思うんですけど、「あのね、今昭和じゃないんですから、令和ですから、そんな馬鹿げたことやってません」と。そういう陰謀論を垂れ流すのやめてほしいと。そういうですね、汚いものが流されてるということであればですね、国がまず動いてます。よくわかんないから「北廃棄物が流されてるんか」って言うと、全くそんなことなくてですね、しっかり浄化されて、液処理をしてですね、とか危ないものはしっかり処理をして、皆さんの生活に影響が出ないようにようになってますから、安心して下さいと。ユーティリティだったりもこういった配管とかも装置とかですね、ま、クリーンルームを作るような高砂熱学さんとコラボしたことがあるんですけども、おお、すごい上から一気に、上から一気に落ちてる。こういったユーティリティに支えられてるということでございます。ま、半導体のファブはこうなってるぞということでございます。

では、半導体の製造工程ですね、PMOSの製造工程を例にとって見ていきたいと思います。と、ま、ざらっと並べます。半導体製造工程ですね、むははは、目がくらいますね。これ皆さん学んでいただくと、でも本を解剖するより全然楽だと思いますので、お付き合いいただきたいと。ま、最初ウェハーを投入されてですね、保護膜をつける26工程あるんですけども、ま、この半導体光輝くためには多くの工程が必要になってまいります。まずはウェハーの投入。ウェハーの戦場でございます。半導体はですね、もうこの資料作るのとにかく大変だったんですけども、とにかく洗うんです。もうめちゃくちゃ洗います。半導体全工程の30%か40%もう全部洗浄工程でございます。と、半導体はですね、じゃあウェハーにスライスされた後、こういったウェハーケースでま、業者から納入されると思うんですね。ウェハーは納入時にまず洗浄します。となぜかって言うと、ファブまでにま、トラック等で輸送されると思うんですけども、あらゆる有機物が付着してます。もちろんですね、出荷前にしっかり洗浄を行うんですけども、運んでる途中にどういった空気に触れるか分かりませんので、とりあえず汚れを取るわけですね。例えばウェハーケースからもですね、化学物質が染み出すと。プラスチックってあれ柔らかいじゃないですか。柔らかい。その仮装剤であれ柔らかくなってるんですけども、ま、DOPとか言うんですけども、このプラスチックに柔軟性を与えるようなこの仮装剤もですね、プラスチックから染み出してくるんですよ。プラスチックとか太陽の光に当てとくと劣化してくるじゃないですか。あれは仮装剤がですね、空気中にポワンって出てるからなんですね。だからこういう樹脂剤で運ばれてくるってことは、この樹脂剤がウェハーの上に何十にも積もっていくわけでございます。で、原子レベルです。原子、原子レベルでこの半導体っていうのを加工していくわけですから、原子レベルでその汚れを取る必要があるということで、この何十層にもなって汚れがついてるわけですね。なんでイメージですよ。ウェハーがあるでしょ。ウェハーの上にこの汚れがですね、目に見えないですよ。もうウェハー直で見てるとも光輝いてんじゃんって思うかもしれません。目に見えないレベルでですね、これ汚れがついておりますので、そういった時は加算化水素、プラス硫酸、ま、硫酸プラス加算化水素みたいなイメージですね。しかも120°みたいなですね、高温にしてこれジャブジャブ洗いますので、この加算化水素っていうものはですね、この、このドーピングです。この硫酸の生いをもっと増加させるみたいなイメージでございますが、これであげる。これ硫酸火水っていうんですけども、これもうピラニア洗浄みたいな感じで言われておりまして、なぜピラニアと呼ばれるかって言うんですけども、ピラニアってバクバクって一瞬で食っちゃうじゃないですか。例えばこの硫酸火水に指をジワって入れると、指はですね、その部分だプって言ってもう蒸発します。それぐらいもう有機物を一瞬でですね、溶かすと。だからピラニアって呼ばれるんですね。10秒で解けるわけです。から、SIIは無機物なので解けませんとね。テフロンとかガラスにはこの硫酸火水は反応しませんので、まずはこの硫酸火水でジャブジャブに洗うと。硫酸火水で汚れをですね、一瞬たりともですね、この有機物は残さないということで、ピラニア洗浄で洗うと。半導体は汚れとの戦いであり、この後はですね、硫酸加水で洗ったんですけども、またこの純水で洗うとかそういうことを繰り返していきますと。で、洗うこの専用の機器みたいなものもありまして、SCREENさんのですね、え、半導体洗浄装置。これはですね、のものはここにですね、チャンバーがものすごくたくさんありまして、それでジャブジャブ洗ってると。で、この洗ったものをですね、このウェハーケースに入れて、大福とかですね、村田製作所の自動搬送装置で運んでいくわけでございます。この洗浄の専用装置があるわけですね。工程それぞれの専用の装置があるわけですけども、洗うためにもこの専用の装置があります。装置間は専用のこういった搬送装置で運ぶわけでございますが、例えば今の半導体製造工程っていうものは600工程とかあるわけですよ。このウェハーケースに保管して1日置いとくだけでも、このケースからですね、化学物質がワンワンとか言ってですね、染み出してきますので、1日置いといたらまた洗うんですよ。それだけ洗うと。超純水で洗った後に一瞬で乾燥させると。なぜ一瞬で乾燥させるかって言うと、ウェハーですよ。このウェハーに硫酸稼洗った後、純水で洗うわけでございますがこの水はですね、ほっとくとウォーターマークみたいな、例えばシンク、お皿とか茶碗洗うところあるじゃないですか。それほっとくと水が蒸発して汚れになるじゃないですか。ああいうイメージ。乾燥させないとウォーターマークが残存しますので、こいつがまたウェハーの加工前に残ってるとうまくトランジスタができませんので、これしっかり洗ってくと。なんでこのウォーターマークがいけないかって言うと、この超純水の中に酸素がちょっと溶け込んでるんですね。これ残存酸素みたいなこと言われますけど、酸素が溶け込んでると何かって言うと、この酸素がウェハーと反応してエッチングされるんですね。そのエッチング際もですね、許されるものかということで、一気に乾燥させなければいけません。イメージで言うと、ま、水の中には魚が呼吸してるじゃないですか。だから酸素があるわけですわ。ということで、この超純水はH2Oでございます。このH2Oの中にO2が溶け込んでおりまして、そいつがウォーターマークになる。このウォーターマークが残ってると工程に大いに影響するので、これも一気乾燥しでも取り除かないといけないということで。ああ、やっと洗って終わりかと思うじゃないですか？違うんです。まだ洗いますと。3加膜前洗浄ということで、3加膜を形成する前にもう1回洗うと。しかも3回洗ったりするわけです。これRCA洗浄ですね。昔ですね、ベル研究所とかいた時代ですよ。このRCA社というものがいまして、このRCA社が開発した洗浄なのでRCA洗浄って言うんですね。で、これ3つ工程があります。3回というのはこの3つの工程を3回繰り返すってことなんですね。先ほど有機物は溶かしきましょと。有機物溶かしたんですけども、それ以外のものは残ってると。例えば微粒子を取る洗浄ですね。これSC1洗浄って言います。このアンモニアですよ。アルカリ性だと微粒子を浮き上がらせるっていう効果がありますから、ま、プラスマイナスの作用をですね、生かしてこれで浮かしていくわけですね。ここにですね、加算化水素、また出ましたね。界面活性剤ですよ。これをアンモニアに追加して、そして洗っていくと。また乾燥させるわけですね。それで終わりかと思えば、次はDHF洗浄でございます。フッ酸、テトラメチルアンモニウムフッ酸で、このガラスをですね、ピッと溶かしてあげるということで。これ何かって言うと、さっきの純水H2Oに含まれるO2がありましたね。ウエット3加膜でガラスSiO2がですね、1元素、2元素分ぐらいですね、ウェハーの上に反応するって言ったじゃないですか。O2が残ってると、そうすると小さいガラスSiO2がポツポツできてしまいますので、それをフッ酸でガラスをピッと溶かしてあげる。で、綺麗なウェハー膜に仕上げるということでございます。SC2です。これ3回目。何をするかって言うと、最初受け入れの洗浄で有機物の除去するじゃないですか。で、SC1で微粒子を浮かせて取るじゃないですか。で、金属が残ってるわけだ。金属が、GHF洗浄でウエット3加膜の除去をこれしましたね。その後ですよ、SC2洗浄で洗浄でございますので、金属を溶かしてあげると。残留金属があるとトランジスタ動作にも致命的でございますので、これをですね、SC2洗浄で塩素で金属をピッと溶かしてあげるということでございます。まだこれ加工始まってませんから大変でしょ。でもこの洗浄はものすごく大変なんです。納品されたウェハーには何が付着してるか分からないと。しかも例えば、業者から買ったりするじゃないですか。でもその業者がなんか倉庫とかにウェハーを保管していたりとか、どういう風に搬送していたりとかわかんないですね。もちろんある程度もう例えば、記憶シェアとかですね、マイクロンとか東芝のパワー半導体で作ってる工場とかですね、もう大量生産しててもう半導体のサプライチェーンがしっかりされてるっていうことでサイクルが回ってればいいわけですけども、業者から納入されてるとどれだけ汚れついてるかよくわかんないですね。しかもこれ電子顕微鏡で見ても全体像分かりませんので、ま、汚れてる場合があるということで、物によっては3回ぐらいこれ洗ったりするわけでございますと。ま、受け入れのウェハー特性によって半導体の特性が大きく大きく変わりますから、綺麗なウェハーであればRCA洗浄ま、1回ぐらいでオッケーなんですけども、これ分析してもさっき言ったように分かりません。どこで汚染されたか分からず、ま、要因の潰し込みが至難でございますので、とりあえず洗いたいと。うん、装置がこれいかんなのかとかですね、洗浄がうまくできてないのかなとか、それとウェハーが要因なのか、もうよくわかんないですよ。だから昔の日本っていうのは、ま、とりあえず生産技術能力であれですよ。タンクローリじゃなくて、化学物質を運んでくるタンクローリがあるんですね。そのタンクローリの中もですね、電解研磨するほどですね、綺麗なクリーン度を保つぞ。しかもそれだけじゃなくて、とりあえずネジは埃が落ちるように丸みを帯びてるものとかですね、色々決まりがあるんですよ。で、角を残さないとかですね、埃がこの滑り落ちやすくするためとか、もうね、もう大変なんですよ。これ、ある工場では1年半要因の潰し込みでパーです。何が要因かでわかんないと。で、目に見えない生産技術者の戦い、まさに死闘でございます。これ何が要因で1年半ですね、この歩留まりが全く向上しなかったかって言うと、HEPAっていうですね、フィルターがあるんですね。このフィルターの中に入ってるボロンが原因で、このボロンがこのウェハーについてしまうということで、1年間歩留まりが全く上がらないということで。だって生産業者がこれ100人ぐらい働いててさ、要因が1年半わかんないわけですよ。1年半歩留まりが全然わかんないと。よくわかんないということで、これ死闘するわけでございますと。ま、物産がフィルター内のガラスを溶かしてボロンが出てくるっていう要因だったみたいなわけですけども、これもう死物ぐらいで洗ってくということで、洗うのはもう超大切でございます。ということで、装置に利用される部材やファブ内のネジまで疑っていくと、何が原因か分かりません。こういったケースですね。これはその業者が持ってくるケースなんだけど、搬送用のケースですよね。で、メガファブでは倉庫があって、1日ウェハーが寝かされることになります。つまり汚染されてしまうのでまた洗うと。例えばですよ、これ普通のウェハー、ま、半導体であれば納期は180日ですね。180日間このウェハーケースと共にあるわけでございますから、そこから化学物質が染み出てくる。要するにRCA洗浄なんかもうクソほどやるわけです。もう半導体っていうのは洗いまくりでございます。洗浄工程も超重要工程であるということで。なんで洗うかって言うと、もう原子レベル、分子レベルでございますから、よくわかんないですね。だから洗うと。とりあえず洗うと。洗いましたらツルツルのピカピカのウェハーができました。やっと加工ができると。3加膜を形成してから露光をしてくわけでございます。

3加膜を形成し、当該箇所でドーピングを防ぐ。これを言ってるかっていうと、後々分かりますと。先ほど言った綺麗な、もう何にも真っさらなウェハーがありますけども、これを3加膜を形成していくと、SiO2で徐々に3加膜が形成されて、後ろ側にもできますよねと。ま、上だけの場合もあります。すると、Siと酸素が活性化して拡散していくんですね。こういう風に通り抜けて、ここにま、ガラスのようなものができていくわけですね。ま、SiO2っていうのはガラスなので、ま、ガラスができると。で、その後スピンコーターでございます。できた後ですね、スピンコーター、ディベロッパーという工程なんですけども、今動画が流れてると思うんですけども、フォトレジストをですね、ピッともうウェハーの上に均にですね、これ広げていくと。こういう風にですね、フォトレジストを塗っていくわけですね。広げていくと。そうして後はこれフォトレジストなので光に反応する素材でございますので、この後光を当てることでフォトレジストが順次反応すると。で、フォトマスクがあるじゃないですか。フォトマスク、光を投下する箇所と等化しない箇所がありますと。で、露光に製造委託内、SEMしたり様々なんですけども、こういう風にフォトマスクがあると、そうするとこういう風に光原がで、ピッ当てる。そうすると光が当たったところだけ反応を示すわけですね。要するに露光して、フォトレジストが反応すると。で、現像です。現像何かって言うと、露光でフォトレジストが反応した部分を現像するということで。こんな感じですね。さっきね、反応したところ柔らかくなってますから、ここを薬液で現像でビッと溶かしてあげると。そうするとフォトレジストがなくなりますと。で、え、理想として終わりではないでございますと。え、レジストの塗布、そして露光を、え、現像合わせて露光工程と言うんですけども、先ほどですね、このように酸化膜があったわけですね。この酸化膜が邪魔でございます。もう取れてるんですけども、熱酸化膜を除去すると。先ほどはこの紫のところだけ反応してですね、で、反応したところだけ現像ということで取り去ったわけでございますが、そうです。このレジストがない箇所の3加膜を除去して、ま、エッチングしてあげるということですね。エッチングによってガラス素材を溶かしてあげると。すにここSiO2ですからガラスですから、溶かすと。溶かした後に洗浄と乾燥はセットで行うわけですね。とりあえず洗うわけですよ。とりあえず洗うと。なぜかって言うと、レジストが残ってたり、3加膜がこれ溶け出してますから、この溶け出してるものが次工程に影響を与えるわけですね。なので次工程に影響を与えるわけですから、これをま、洗ってどっかにピャってやらないといけないわけですね。で、液体の場合はSIIのカですね、これ液体でこれエッチングする。ウエットエッチングですね。ま、多くの主流はドライエッチングなんですけど、今は液体でエッチングするとですね、この下も溶けていくわけですね。で、プラズマであれば上部だけエッチングしていくと。で、レジストの除去でございます。はい、ここレジストがついてますね。これが邪魔なんで、このレジストもエッチングしてあげるということで。目に見えるフォトレジストを取り除くと。SPM、要するに硫酸火水です。さっきピラニア洗浄って言ったじゃないですか。このエッチング剤は有機物でございますので、このピラニア洗浄でブワッと溶かしてあげるわけですね。もういらんと、お前は役済みであるということでございます。続いてRCA洗浄出ましてね、さっき学びましたね。RCA洗浄。RCA洗浄ということで。これなんでまた洗浄するかって言うと、ま、また洗うのかお前とね、笑うかもしれませんが、先ほどこのフォトレジスト取れたじゃないですか。もういいじゃないかと思うかもしれませんが、微粒子レベルでいくと、さっきフォトレジストをSPMで溶かすたわけじゃないですか。SPMで溶かすんだけども、この溶かした薬液の中にこの溶けた部材がですね、余ってたりするんですよ。残ったりするわけです。再付着するわけですね。ということで、この再付着したフォトレジストを取ったりしないといけないと。目に見えない原子レベルの除去が必要になってきますますので、またRCA洗浄を行うと。で、金属も同様に除去を行っていくと。もう半導体は異物との戦いですね。これですよ。ま、残渣とか言いますけども、この残渣をいかに除去するか、この戦いですね。当該工程では必要な材料も次工程では不要になる。例えばフォトレジストをこの露光のためにですね、つけるんだけど、この露光のために必要なんだけども、次の工程では不良になってくる。しかもこれを取り除こうとしてもそれ残ったりするわけで、またRCA洗浄をするという。ことで、うまくってですね、綺麗にすると次工程に影響を与えないようにするわけでございますと。

回路を描く露光装置にもこのフォーカスを当てていきたいと思ってます。え、ま、露光装置は話題になることが多いんで、ま、あの、改めてですね、え、露光ということで、細かく見ていきましょう。回路を描く工程ができるかは露光装置がこれキモになってます。昔はこれでキヤノン、ニコンがもう殿様商売でものすごく偉そうに商売をしてたわけでございますが、これASMLでございます。なぜASMLがキモかっていうことなんですけども、例えばこの線幅をですね、このように細かく描けるとですね、例えば線幅が1/2になると、この回路はですね、1/24倍小さくなるわけですね。同じような加工しても、ということで価格が1/4に下落します。なぜ微細化するかね。なぜ線幅を狭く狭く、この回路を狭く狭く描こうとするかっていう話なんですけども、半導体が小さくなり、従来よりたくさん生産することができる。要するにコストも低減できるし、消費電力は線幅が小さくなるわけですから、流れる電力も少なくて済むわけですね。ということで、少ない電気で性能を出す。エコであると。さらに同じ面積を使用できれば処理能力を上げることができる。いっぱい同じような半導体ね、こっちより4個作れるわけですから、処理能力を上げれると。で、この露光装置はこういう風なレンズをですね、何枚にもしてですね、露光すると。これ見てください。エッチングするとこんな綺麗にできるわけですよ。こういう風に掘るわけですね。露光とエッチングしたものを露光したものですね。え、露光装置によって回路を描いていくと。露光装置は非常に複雑な構造になっておりまして、これどのくらい複雑かって言うとですね、レンズをですね、何枚とかじゃないです。何十枚とですね、非常に研磨されたピカピカのレンズをですね、重ねる構造になってます。1台でフェラーリ数10台から数百台分になってます。ま、今最高で1番高いものだと、ま、500億円ぐらいですかね。もう非常に高いと。ということで、様々な露光装置ということで、時代とともに人間の欲望がどんどん増加しておりますので、露光装置もどんどん高性能になってきております。前日した通り、回路の微細さがですね、半導体の性能を左右するため、露光装置は時代とともに進化してるんですね。50年で10ミクロンから17ですよ。すごいでしょ。1000サイズに1000幅が1000みたいな、ええ、みたいな感じですね。すごいです。で、こういったASMLのですね、EUV露光装置ですよ。これどういう原理になってるかっていうと、EUV光は物質に吸収されるため、まずこれ真空状態でこの光源を作らないといけないです。ミラー、レンズの表面粗さは50pm以下ですね。よく分からんタインでございますが、ドイツの国土面積に対して、ドイツ広いですね。国土面積、この面積に対してバラつきが1mm以下、え、みたいな。それがこのレンズの面粗さになってるよ。よくわかんないですね。で、EUVの光源も鈴を溶かした微小な液滴にアルゴンガスレーザーを照射してプラズマを発光するはみたいな感じで、ようわからんっていう感じですけど。意味不明な技術が投入されて、1台ま、最低200億円になってると。高いもので言うと700億円とか、よくわかんない。要するに、もう半導体を微細化してですね、コストが低減するってさっき話したんですけども、この露光装置が高すぎてですね、今半導体の価格が全く下がらなくなっておりまして。もうひどいです。はい。で、今の最新技術に行くとですね、これはですね、適切インストルメントが作ってるようなものなんですけど、ミクロのレベルの線幅であれば、このデジタルミラーデバイスでマスクレスでですね、直接描画も可能になってると。昔はここの化け物の露光装置を使わないといけなかったんですけど、今はですね、こういう風にマスクでこの描画ができると。技術の進化を恐れべしでございます。

このですね、座学通り行けばいいんですけども、この半導体プロセスは化学反応になってますて、非常に難しいという話もさせていただきますね。化学反応は触れるもの全てで起こるということで、さっきですね、エッチングがものすごく綺麗にできるでしょって、綺麗に削れてるようなイメージをされたと思うんですけど、そうではない。ドライエッチングですね。ドライエッチングする場合はこのようにSiがあって、3加膜がありますね。で、3加膜の上にフォトレジスト。先ほどこれリソ工程でお見せしたわけですけども、これをですね、例えばエッチングガスで削る場合ですよ。こういう風に綺麗に切れるのかなと思いきや、そうではないと。3次元的にこれエッチングされますから。Si、3加膜そしてフォトレジストをエッチングする時に、こういう風にサイドもエッチングされるんですよ。ただドライエッチングの方が横にですね、反応しにくいので、今はこのドライエッチングが主流になってると。またはですね、ウエットエッチングがこれですね。エッチング液体をですね、流し込むんですけど、液体ですから、こういう風に溶けるわけです。こうエッチングされるわけですね。だけどこういう風に液体ですから、この3加膜とフォトレジストの間にも染み込んでくるわけですよ。これが非常に難しいと。ことで、液体が染み込んだ部分も溶けていくと。例えばこれ何が難しいかって言うと、このスピンコーター、ディベロッパーの回転速度が例えばちょっと遅かったりするんですね、このフォトレジストが厚くなったりするんですね。フォトレジストが1.1倍と1.2倍厚くなりましたって言うと、この露光の視力もエネルギーも1.2倍とか1.1倍にしないといけなかったりするんですね。要するに1つの工程が他の複数の工程に影響しますので、教科書ではあんな風に綺麗にエッチングされるかと思いきやですね、全然違うと。もう複雑に影響しますと。これが半導体のノウハウになると。じゃあ加工と言ってもこの工作機械の加工と何が違うかっていうことでございますが、工作機械、まあですね、加工機と呼ばれるま、これにもいろんなプロセスノウハウがあるわけでございますが、まあ目に見えるじゃないですか。大体削り方こうだなとか、こういった工具使えばいいなっていうですね、ミクロンオーダーとかだとま、のハになってくるんですけども、大体大丈夫ですね。NCパスを決めちゃえばま、手の内化ができる。一方でこのような半導体プロセスは化学工程でございます。原子分子が作用しますので、製造装置のみ購入してもま、綺麗にエッチングされるわけではなく、600工程もこれあるわけですよ。もう手の内化が非常に難しいと。これがプロセスノウハウになってくると。各工程の作用も考慮しなければなりません。例えばこれケーキですよ。半導体とケーキ何が関係あるの？ケーキはあれ科学ですから、物性法則ですから。このように世の中にいるショートケーキのレシピは同じですね。しかし俺が作るケーキと千葉ちゃんが作るケーキでは、千葉ちゃんの方が美味しそうでしょ。要するにレシピが同じでも、このプロセス技術がですね、千葉ちゃんの方が上手であれば美味しいケーキになるわけですよ。例えばこのようなケーキの土台ですよ。いかにふわふわに作れるか。そして材料とか保管方法も違いますね。そして角半、こういう風に泡をかき混ぜるですね、泡立てる工程もあると。そして成熟させる工程もあると。これを1つ1つのプロセスと呼んでまして、いろんな工程が上手かっただけでもなかなか上手いケーキにならないじゃないですか。苺も新鮮なもの使ったりとかね。こういったプロセス、モジュール、プロセスが前後に左右するわけですね。で、このプロセスモジュールがいっぱいあって、このウェハー600工程になっていくわけですから、これをインテグレーションするのがプロセスインテグレーション技術になってくると。個別プロセスだけうまくいっても良い半導体にならないわけですね。クリームの角半だけでもめちゃめちゃうまく混ぜるやつを混ぜすぎてもうなんかクリームのもう空気の味しかしねえとかですね、色々あるわけですね。なので、ここら辺が全てうまくいかないといけないと。例えばですよ、サムスンがNANDフラッシュメモリーナンバーワンですけども、このNANDフラッシュメモリってものすごく深掘りエッチングするわけですよ。もう64層とか128層とか、意味わかんない。今128の倍、256層とか、よくわかんないエッチングしてるわけです。よ、ここには例えばどういった作用が影響するかって言うと、プラズマ電圧、プラズマ電流、照射時間、ガス流量、ガス圧力、ガス質。しかもですね、これエッチングしてるとウェハーがどんどん温度上昇してきますから、この温度上昇してくるってことはこのエッチングの反応も変わってくるわけですね。で、サムスンがですね、1つのプロセスを出すためにどのくらい思考錯誤したかって言うと、1万回、1万通りですね。このプロセス技術の条件出しにかかったと言われてるんです。今64層の4倍とかになってますから、もう5万通りとかやってるかもしれないですね。もう非常にこの1つのプロセスですよ。しかもそれが前後に影響するわけですから、いかに難しいかって話ですね。プロセスのノウハウは3次元的に起こりますと。半導体の微細化が進むに連れで、ウエットはドライに比べてコントロールが難しいので、ドライが適用させる傾向にありますね。ということでございます。

そして、リソをやっただけでは終わりません。次はですね、BSOGという、ことでボロンとスピンオンガラス。この工程があります。シリコン膜がない部分を回路にする必要がありますね。こうですよ。これ三角がついてますね。先ほど露光してエッチングしましたから。で、ここに対してこのボロンが潜んでるですね、液をですね、同じようにスピンコーターでピーって広げるわけですね。するとこのように広がるわけでございます。で、その中にこのような小さいガラス玉が入ってまして、そのガラス玉の中にはこのボロンが浮遊してるわけです。これがですね、え、ボロンがこれ沈んできます。そうするとウェハーとSi、熱をかけることによって熱拡散ですね、え、いうことで回路の特性を帯びるわけでございますと。で、その後、もうこの上の黄色いところとこの3加膜はもう余分でございますから、これを取り去る必要がありますね。ということで、このBHfですよ。で、3加膜はBSOGを全てで除去すると。で、除去した後は、ま、色々残ってますから、またRCAのSC2とDHFの洗浄を行うと。このように回路が形成されてくと。すごいでしょ。この、この半導体特性を持つですね、え、ものを作るだけで様々な工程にもまたがってると。次は非常に重要な工程でございますまして、またこの3加膜を上に作るわけですね。ドライ酸化膜を形成すると、このようなソース、ゲート、ドレインがありますね。そのゲートの下に薄い酸化膜があるでしょ。この酸化膜を作ってるわけですね。要するに今この図で言うと、さっきのボロンが反応したところですよ。ここですよ。これがソース、ドレインになってるわけですね。で、熱酸化膜はゲートに電圧をかけた時に大きな役割。酸化膜がないと漏れ電流が発生しますので、この酸化膜をどういう風に薄く作るか。この抵抗がないと、ま、ガラスですからこれ絶縁ですね。ガラスっていうのは何万ボルトかけてもですね、絶縁破壊しないわけですから。ここに対して3加膜をしっかり薄く作っていくと。で、酸化膜はガラスであり、電圧のみ制御すると。要するに漏れ電流がここから発生してしまうと、トランジスタがうまく機能しませんので、これを抑える役割になると。で、以降は同じ工程を繰り返すということで、リソや洗浄、除去等で積み上げていくわけですね。で、先ほどこのように酸化膜できましたということで、同じようにフォトレジスト、特してこのようにリソで露光して現像して、そして同じようにここに熱酸化膜がありますから、この熱酸化膜を除去してエッチングしてあげて、レジストを、これレジストないですね。これを除去すると。で、そこにも後にまたSPMとDHFっていう洗浄がありまして、ベーク処理を行うと。トランジスタの性能を決める電極をですね、このようにどんどん製造していくと。大変