微細化を支える新たなアプローチ

身近な家電製品から社会全体を動かすインフラまで、半導体は幅広いところで使われています。デジタル化の急速な進展は、半導体需要の増加を引き起こす原動力になっているとも言えるでしょう。

そもそも半導体の製造は、大きく「前工程」と「後工程」の2つに分けられます。
シリコンウェハ上に回路パターンを形成するために薄膜形成・エッチング、そして露光装置を用いたフォトリソグラフィを繰り返して微細構造を作り込むのが「前工程」。そして、そのウェハを個々のチップに切り分けてパッケージングするのが「後工程」です。
前工程では、回路を微細化することで半導体の性能向上が進められてきましたが、近年では微細化をさらに進めるための技術的なハードルが一段と高まり、新たなアプローチが求められるようになっています。

そこで、微細化とは別のアプローチで半導体の性能を引き上げる技術として期待されているのが、後工程における「アドバンストパッケージング」です。複数のチップを高密度に組み合わせることで、高性能・省エネ・省コストを実現する技術です。

ニコンは従来貢献してきた前工程の微細化だけでなく、後工程のアドバンストパッケージングにも、これまで培ってきた技術で新しい価値を提供できると考えました。

ニコン初、後工程露光機への挑戦

従来のアドバンストパッケージング向け露光装置では、フォトマスク上に描かれた回路パターンを基板へアナログ的に転写する「ステッパー方式」が主流でした。
しかし、この方式では、パッケージが大型化するにつれてより多くのマスクが必要となり、生産性が低下します。これは、描けるパターンのサイズがマスクの物理的な大きさに制限され、マスクを何度も切り替えて露光しなければならないためです。

そこで有効なのが「マスクレス露光方式」。フォトマスクの代わりにSLM（空間光変調器）^※を用い、CADデータとして作成したデジタルパターンを直接基板へ描画する方式です。
マスクが不要なため、半導体の開発・製造におけるコストやリードタイム削減に貢献するのはもちろんのこと、フォトマスクサイズの制約を受けることがないため、大型のアドバンストパッケージングにおいて高生産性を実現します。

しかし、マスクレス露光方式を採用するだけでは、アドバンストパッケージングに革新をもたらすことはできません。そこには、露光装置そのものの高度な技術基盤が不可欠です。

ニコンは、45年以上にわたり露光装置を開発・製造し、（前工程向け）半導体露光装置とFPD露光装置合わせて10,000台以上の販売実績を積み上げてきました。
こうした長年の開発で培ってきた技術基盤こそが、アドバンストパッケージングに新しい価値をもたらす原動力になります。
その成果として生まれたのが、ニコン初の後工程向けの露光装置であるデジタル露光装置「DSP-100」です。

• ※電気信号で光の振幅、位相、偏光を空間的に制御するデバイス

技術の融合が、新たな独自技術を

DSP-100は、主に次の技術によって支えられています。
それは、前述の「マスクレス露光」に、「高解像度技術」「マルチレンズテクノロジー」「高速ステージ技術」を加えた4つの技術です。

まずは「高解像度技術」。
微細な回路パターンの形成には、露光装置の解像度が重要な鍵を握ります。ニコンには、半導体露光装置で磨き上げてきた、ナノメートル単位の解像度を実現する光学設計技術があります。この光学設計技術が、1.0μm (L/S)の解像度を容易に実現しました。

そして、ニコンが長年にわたりFPD露光装置で採用している「マルチレンズテクノロジー」という技術も、DSP-100の大きな強みになっています。
ニコンはDSP-100にマスクレス露光方式を採用するうえで、一般的なマスクレス露光では生産性がまだ十分ではないと考えていました。そこで掛け合わせたのが、複数のレンズを並べて精密に制御することで、大面積を高精度に露光する技術「マルチレンズテクノロジー」です。これが、DSP-100の高生産性の実現を大きく後押ししました。

さらに、生産性の向上には「高速ステージ技術」も大きく寄与しています。ニコンのFPD露光装置では、1,500 mm × 1,850 mmの大型基板に対して86 panels/hourという高い処理能力を実現しており、その技術がDSP-100にも活かされています。

こうして徐々に出来上がっていったDSP-100でしたが、「高解像度」と「高生産性」を両立するという観点ではまだ課題が残されていました。

最も大きく立ちはだかったのは、SLM（空間光変調器）を駆動するためのデータ処理です。
デジタル露光装置では、露光したいパターンが描かれた設計データを、実際に露光するための駆動データに変換する必要があります。
微細なパターンを露光するには、SLMの分解能を高める必要があるため、駆動データ量は増大します。その結果、設計データから駆動データへの変換に要する時間も増加し、高い生産性を損なうことになります。
そこで、データ分解能を低下させることなく、設計データを駆動データに高速変換する独自の技術を開発。これが障壁を乗り越えるフックとなりました。

こうした技術の重なり合いにより、解像度と生産性を高い次元で両立した、後工程向け露光装置「DSP-100」が完成しました。

半導体製造の新たな歴史を拓く

DSP-100のリリース発表後、これまで接点のなかった分野からも多くの問い合わせが寄せられました。これは、私たちの身のまわりの製品やサービスにも、より高性能な半導体が求められていることを物語っています。そのニーズに応えるべく、現在は半導体後工程のお客さま向けの装置評価を進めるとともに、次の新たなデジタル露光装置に向けた開発を着実に行っています。
半導体露光装置とFPD露光装置、2つの分野で培ってきた技術をあわせ持つニコンだからこそ、後工程という新たな領域に独自の価値を提供していけるはず。DSP-100は、これから私たちが手にするデバイスやサービスの進化を支え、半導体製造の革新的な未来を大きく後押しすることでしょう。

後工程という新領域に挑めることに、技術者として大きな情熱を感じています。アドバンストパッケージングを支えるキーデバイスとして、お客さまからの「ニコンならやってくれる」という熱い期待をひしひしと感じており、その期待に応え、半導体製造の新しい歴史を築いていきたいと思っています。

将来的には、高解像度化、高重ね合わせ精度、さらには高生産性といった性能がより強く求められるようになると考えています。これらの要素は相互にトレードオフの関係にあるからこそ、私たちは市場やお客さまの動向を的確に見極め、よりお客さまにとって「価値のある装置」の開発を目指していきたいと思います。

半導体製造の現場において、特に後工程におけるアドバンストパッケージングの市場では、基板サイズやパッケージ構造などのスタンダードが確立していません。その結果、DSP-100に求められるスペックもお客さまごとに大きく異なっています。
お客さまとの対話はもちろん、露光装置周辺の材料/装置メーカーさまとのコミュニケーションも積極的に図り、他プロセスの状況も見極めながらお客さまが享受できる価値を最大化していきたいと考えています。そして、前工程と後工程の技術を上手く連携させながら、半導体製造全体を支えられる露光装置を提供していきたいと思います。