【完全図解】露光装置とは？ステッパーとスキャナーの違いと、ASML・ニコン・キヤノンの得意分野

こんな疑問はありませんか？

露光装置の中は、どうなっているの？
ステッパーとスキャナーは、何が違うの？
i線・KrF・ArF・EUVは、装置の何が違うの？
ASML・ニコン・キヤノンは、それぞれ何が得意なの？

この記事でわかること

露光装置の5つの部品と、縮小して焼き付ける仕組み
ステッパーとスキャナーの違い(動き方)
光源で分ける4つの種類と、使われる場所
性能の3つの物差し(解像力・重ね合わせ・スループット)
ASML・ニコン・キヤノンの得意分野

あなたが今いる場所：前工程＞露光＞露光装置とは？

前工程（ウェーハに回路を作る）

基板成膜露光 ←ココエッチングドーピング CMP 洗浄配線計測

後工程（チップに切り分けて仕上げる）

ウェーハテストバックグラインドダイシングボンディング封止最終テスト先端パッケージ

露光装置は「露光」の工程の主役です。成膜で積んだ膜の上のレジストに模様を焼き付け、次のエッチングで削る形を決めます。

先に結論

露光装置とは、回路の原版(レチクル)に光を通し、レンズで模様を小さくして、ウエハーの上のレジストに焼き付ける装置です。1枚のウエハーに、同じ模様を何百回も並べて焼き付けます。

種類は2つの軸で分けられます。1つは動き方で、模様を一度に写すステッパーと、細い帯の光の下でレチクルとウエハーを同時に動かして写すスキャナー。もう1つは光源で、i線・KrF・ArF・EUVの4種類です。いまの主流はスキャナーで、最先端のEUVの装置はASMLだけが出しています。ニコンはArF液浸、キヤノンはi線とKrF、そしてナノインプリントに力を入れています。

用語メモ：レチクル

回路の模様を描いた原版(フォトマスク)。露光装置はレチクルの模様を縮小してウエハーに写します。

用語メモ：レジスト

光が当たると性質が変わる薬品の膜。露光のあとに現像すると、光が当たった所(または当たらなかった所)だけが残り、模様になります。

このブロックの参照データ

・キヤノン「半導体露光装置の技術」装置の中身・性能の3つ・光源の4種類

部品	役割
照明系	光源の光を、明るく均一な光にそろえる
レチクルステージ	回路の原版(レチクル)を載せて動かす
投影光学系	何枚ものレンズで、レチクルの模様を小さくしてウエハーに結ぶ
ウエハーステージ	ウエハーを載せて、次に焼き付ける場所へ正確に動かす
アライメントスコープ	ウエハーの位置を測り、前の層の模様とずれないように合わせる

たとえるなら

露光装置は「巨大で超精密なスライド映写機」です。スライド(レチクル)に光を当て、レンズで縮めてスクリーン(ウエハー)に映します。違うのは、スクリーンを何百回も動かして同じ絵を並べ、しかも前に映した絵とナノメートル単位で重ねる点です。

このブロックの参照データ

・キヤノン「半導体露光装置の技術」装置の中身・性能の3つ・光源の4種類

・ニュースイッチ(2022年3月19日) ニコンのi線ステッパーの縮小倍率5倍

・ASML EUV lithography systems EUVは模様を4分の1に縮小

比べる点	ステッパー	スキャナー
焼き付け方	1区画を、光を当てて一度に写す	細い帯の形の光の下で、レチクルとウエハーを同時に動かしながら写す
正式な呼び名	ステップ・アンド・リピート	ステップ・アンド・スキャン
レンズ	1区画の全体を、一度に正確に結ぶ必要がある	帯の部分だけ正確に結べばよいので、大きな区画にしやすい
主に使う所	i線の装置、パワー半導体、後工程の先端パッケージ	KrF・ArF・EUV の装置。最先端のチップ

たとえるなら

ステッパーは「写真を1枚ずつパシャッと撮る」方式、スキャナーは「コピー機のように、光の帯で原稿をなぞって写す」方式です。コピー機は、光の帯の幅だけを正確にすればよいので、大きな原稿でもきれいに写せます。

このブロックの参照データ

・ニュースイッチ(2022年3月19日) 現在の主流はスキャナー方式

・キヤノン半導体露光装置の製品一覧 i線ステッパー(前工程向け・後工程向け)、KrFスキャナー/ステッパー

光源	装置の形	主な用途
i線	ステッパーが中心	パワー半導体、センサー、先端パッケージの配線など
KrF	スキャナー(ステッパーもある)	メモリや成熟したチップの多くの層
ArF(ドライ・液浸)	スキャナー	微細な層。液浸はレンズとウエハーの間を純水で満たす
EUV	スキャナー(レンズでなく鏡で縮める)	最先端のロジックとDRAMのいちばん細かい層。波長13.5nm