基板に感光性のフォトレジストを塗布して光学素子のパターンを焼き付ける、写真の現像技術を利用した技術をフォトリソグラフィーといいます。フォト=写真、リソグラフィー=石版印刷という意味があります。フォトリソグラフィーの工程やメリット、将来性について見ていきましょう。
フォトリソグラフィーとは
液晶ディスプレイパネルや半導体などに用いられる方法で、写真を現像するときの技術を応用しています。光を使ってパターン形成を行うため、細かなパターンにも対応でき、実用的である特徴があります。
フォトリソグラフィーのメリット
半導体の製造プロセスがどんどん微細化していることから、フォトリソグラフィーの微細化も進んでおり、メーカーによっては1μm~数百μm程度のパターニングが可能です。映像ディスプレイにはカラーフィルタという基盤を用いますが、画素をブラックマトリクスで仕切る必要があります、これをフォトリソグラフィーのパターニングでレジストを残すといった技術に使えます。
光の波長に制限があったり平らな基板以外には使えなかったりしますが、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイの製造は、平らな基板に行うので大きな影響はありません。
フォトリソグラフィーの工程
フォトリソグラフィーの工程は7つあります。
基板の洗浄
前処理として基盤の洗浄を行います。薬品を使って洗浄をする場合と超音波洗浄を行う場合があります。ウェーハ(ウエハ)の表面を洗浄してHMDSを行うことで親水性が改善され、レジストがはがれにくくなります。
レジスト形成
レジスト形成の方法はいくつかあります。
- コーター
- コーディングマシン
- スクリーン印刷
- ドライフィルムの貼り付け
ほかにもありますが、様々な方法でウエハにレジスト膜を形成します。
塗布するレジストは粘度によってパターン形成のしやすさが異なります。粘度が低いものは薄いレジスト膜が形成しやすく細かなパターニングができます。ただし、薄い分エッジングの際に被膜がはがれてしまう可能性もあります。粘度が高いものは均一性は劣りますがタック性が上がります。
また、レジストは化学的性質で「ネガ型」、「ポジ型」の2種類に分かれています。注意点が異なるため確認しておきましょう。
プリベーク
レジスト形成後に100℃程度に加熱して、ウエハ上の皮膜を硬化します。溶剤を蒸発させる目的もあります。
露光
電子回路のパターン(マスクパターン)を露光装置を使用してレジスト膜に写していきます。紫外線の照射時間はメーカー推奨の時間があるので、それに合わせて行います。
露光装置には密着露光装置と投影露光装置の2種類があり、解像度などからメーカーや装置を選びます。露光後はレジストによって加熱処理(PEB)を行うこともあります。
現像・リンス
露光後の基板を現像液に浸けて現像します。ネガ型とポジ型でプロセスがことなります。通常はディベロッパーと呼ばれる現像装置を用いて現像からすすぎ、乾燥までを自動で行います。
ポストベーク
最後の加熱で、現像液が一切残らないように蒸発させます。現像を強化することで基盤とレジストの密着性が上がります。
エッチング
薬剤に浸して削るウェットエッジングやガスを用いて削るドライエッジングで金属酸化被膜を削り取ります。イオン注入などの工程を経てフォトリソグラフィーの工程が終わります。
フォトリソグラフィーの将来性
パターンの微細化が進展していくことで、フォトリソグラフィーの微細化も進んでいきます。現状では解像度で5~10µm、密着させて行う方法でも1µmの細かさが限界ですが、さらに細かいフォトリソグラフィーができるEUV露光装置の実用化が進んできているので、今後の発展が期待されます。
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