半導体チップの製造工程において、「露光」をする役割を担当しています。半導体チップは、ウエハーと呼ばれる半導体基板に微細な回路パターンを露光して作られます。半導体露光装置は原版となるレチクルに描かれた回路パターンを、投影レンズを介して、縮小し、ウエハーに露光します。装置の中は、レチクルステージ、何枚ものレンズ群からなる投影光学系、ウエハーステージの3つの機構に分けられます。
電子回路パターンが描かれたレチクル（原版）がレチクルステージに置かれ、上から紫外線（UV）光を照射すると、レチクルを通ったUV光は投影光学系を通過して、ウエハーステージの上に置かれた半導体基板に、レチクルの電子回路パターンを結像します。ウエハーと呼ばれる半導体基板には、UV光が当たると性質が変わる樹脂（レジスト）が塗ってあり、光が当たった部分には、レチクルに描かれた電子回路パターンが転写されるしくみです。

半導体露光装置概念図

半導体チップが使われる製品

半導体チップの製造工程

半導体チップの製造工程は、大きく3つの工程に分けられます。
１．配線回路を設計する設計工程
２．トランジスタや配線などの電子回路パターンを半導体ウエハー上に露光して描く前工程
３．電子回路が描かれたウエハーから1つ1つのチップに切り出して組み立てを行う後工程

• 【前工程】
  
  レチクル（原版）を作成

  半導体チップの機能や性能を左右する電子回路の設計が終わると、その回路パターンを半導体に焼きつけるためのガラス板の原版（レチクル）を作成します。

• 
  ウエハーを用意

  半導体チップのもととなるウエハーを用意。高温で加熱して表面に酸化膜をつくった上に、UV光によって性質が変化するレジスト（感光剤）をウエハー全面に均一に塗る。

① ウエハーに回路パターンを描く

レチクルに光を当て、回路パターンをウエハーに露光する。回路パターンをレンズで縮小することで、より細かい線を描くことができる。回路の線幅を細くすればするほど、一つの半導体チップの中に入る半導体素子が増えて、高性能・高機能な半導体チップができる。

回路の線幅を細くすればするほど、一つの半導体チップの中に入る半導体素子が増えて、高性能・高機能な半導体チップができる。

露光の原理図

光が当たった部分のレジストの性質が変化。現像液を使い、感光して性質が変化した部分のレジストを溶かして取り除く。

② いらない部分の除去

フッ素系ガスを使って、レジストで覆われている部分以外の酸化膜を除去。ガスと酸化膜を化学反応（気化）させ取り除く。

③ 半導体素子のつくり込み

不要なレジストを除去後、酸化膜のない露出した部分に、トランジスタを効率良く動作させるための不純物を注入して半導体素子をつくる。

④ 絶縁膜で覆い、表面を平らに

酸化膜を除去してウエハー全体を絶縁膜で覆った後、次の層の形成のために、凹凸がないよう表面を平らにする。さらに次の層の回路パターンの露光に備え、レジストを塗る。

• 【後工程】
  
  チップの切り出し

  ウエハーから半導体チップを切り出す。

• 
  組立・完成

  チップをダイボンダーでフレームに貼り付けた後、ワイヤーで結ぶ。検査工程を経て完成。

半導体露光装置の3大性能

半導体露光装置の性能を左右する指標には、以下の３大性能があります。

1.解像力
どれだけ微細な回路パターンをウエハー上に転写(露光)できるかを示す性能です。一般的に回路パターンが微細なほど、半導体チップを小型化・高性能化でき、半導体チップが搭載される製品の小型化につながります。

2.オーバーレイ精度
1枚のウエハー上に回路パターンを何回も繰り返し露光するため、どれだけ高精度にウエハーとレチクルの回路パターンを重ね合わせられるかを示す性能です。重ね合わせ精度とも呼ばれ、半導体チップの良品率と直結する指標です。

3.スループット
どれだけ高速にウェハーを処理できるかという生産効率を示す性能です。時間内により多くの半導体チップを生産するために量産時に重視される指標です。

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理論限界の解像力を実現する究極の収差制御

半導体チップは、原版（レチクル）に描かれた回路パターンを、ウエハー上に縮小投影露光して製造するため、投影レンズの解像力を高め、パターンを微細化することで、回路の集積度を向上させることができます。
露光装置には、i線波長（365nm^※）を含む水銀ランプやKrF波長（248nm）を含むエキシマレーザーといった紫外線（UV）光源と、高開口数の投影レンズが搭載されています。キヤノンでは高度な光学設計技術に加えて、数nm精度のレンズ研磨技術、超精密光学系の機構設計・組立・調整技術を駆使し、理論限界の解像力を有する投影レンズを製造しています。さらに、露光時の気圧、温度などのわずかな環境変化による収差の発生を補正するために、精密なレンズ駆動機構も搭載し、高解像力を実現しています。
（※）nm　ナノメートル、10億分の１メートル

世界最高レベルの加速度（※1）と高精度制御技術により高精度・高生産性を実現

半導体露光装置を支える技術として、回路パターンの微細化技術とともに重要なのがステージの高速化技術と同期制御技術です。ステージを高速で駆動し、かつ高精度に位置決めすることにより、生産性と良品率を高め、高性能な半導体製品の大量生産を可能にします。
スキャナー方式（※2）の半導体露光装置では、ウエハーステージとレチクルステージを同期させて、連続的に動かしながらウエハーに露光します。キヤノンでは、位置決め精度1nm以下という非常に高精度な同期制御技術を実現しています。特殊リニアモーターや軽量化・高剛性ステージなどの技術により、レチクルステージで12G以上（ウエハーステージはその4分の1）という高い加速度で繰り返し加減速駆動し、高い生産性に貢献しています。

（※1）世界最高レベルの加速度
2018年8月時点、キヤノン調べ。

（※2）スキャナー方式
ステップアンドスキャン方式の露光装置。レチクルを固定して露光することを繰り返すステッパー方式と比較して高精度化が可能。

露光装置の性能を限界まで引き出すAIシステム

半導体露光装置の高い生産性と露光精度を実現するためには、ハードウエア性能を最大限に引き出し、かつその状態を維持することが重要です。
キヤノンの半導体露光装置に導入されている診断システムは、半導体露光装置のさまざまな現象や状態の変化を的確に検出するために、EDA（※）にも準拠した高速データ転送技術、およびディープラーニングやその他の機械学習アルゴリズムを活用したビッグデータ解析技術を駆使しています。露光装置の稼働データやウエハー測定装置、周辺装置の稼働データを高速に収集、解析することで、人間には判断が難しい装置の稼働状況の変化を捉え、異常を検知。さらに予知・保全につなげることで、装置産業に求められる安定稼働を実現しています。

（※）EDA Equipment Data Acquisitionの略称。データ収集に関する半導体製造装置の標準規格(SEMIスタンダード)のこと。