半導体製造で最重要な工程の一つに「リソグラフィ」があります。
スマートフォンやパソコン、自動車などに使われる半導体には、数十億個ものトランジスタが集積されており、それらを正確に配置するためには、ナノメートル単位の精度でパターンを描く技術が必要です。リソグラフィはまさにその微細な回路パターンを描くための工程です。
リソグラフィとは？
リソグラフィ（Lithography）は、ギリシャ語の「lithos（石）」と「graphein（描く）」に由来する言葉で、「石に描く」いう意味です。現代の半導体製造では「光で描く版画」のような技術です。
具体的には、ウェーハ（基板）の表面に「フォトレジスト」という感光性材料を塗り、そこに光を当てて設計図（パターン）を焼き付けます。その後、化学処理によって不要な部分を除去し、必要な部分だけを残すことで、回路の形が形成されます。
この工程は、写真の現像にも似ており、光と化学反応を組み合わせて、極めて細かい構造を作り出します。現在では、1ナノメートル（1ミリの100万分の1）単位の精度が求められるほど微細化が進んでいます。
なぜリソグラフィが重要なのか？
半導体チップには、何十億個ものトランジスタ（電気のスイッチ）が並んでいます。これらを正確に並べるには、非常に細かい設計図をウェーハ（基板）上に描く必要があります。
リソグラフィが重要な理由は、次のような点にあります。
- 性能に直結する
模様が細かく描ければ、より多くの回路を詰め込めるので、チップの性能が上がります。 - 省エネにつながる
小さなトランジスタは、少ない電力で動くため、スマホやパソコンの電池持ちにも関係します。 - 製造の効率とコストに影響する
正確に描ければ、欠陥の少ないチップを効率良く量産できます。
リソグラフィの工程（図解）
ではシリコンウェーハを例にリソグラフィの基本的な製造工程を見てみましょう。
① シリコンウェーハの準備
半導体チップの土台となる「ウェーハ」を用意します。ウェーハは、大きさ直径200mmや300mm、厚さは1mm弱の薄い円盤形状をしています。表面は研磨、洗浄された状態です。
② 酸化膜の形成
ウェーハの表面に「酸化膜（SiO₂）」という薄いガラスのような膜を作ります。これは後工程で保護膜やマスクとして機能します。
③ フォトレジストの塗布
「フォトレジスト」という光に反応する特殊な液体を、ウェーハの上に均一に塗ります。これは写真のフィルムのような役割を果たします。
④ 露光（パターンの焼き付け）
「マスク（レチクル）」を通して、光を照射し、フォトレジストに回路パターンを転写します。すると、フォトレジストの一部が光に反応して性質が変わります。これが設計図を写す工程です。使用する光源は、i線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、EUV（13.5nm）などがあります。
⑤ 現像
露光された部分のフォトレジストを化学的に除去します。ポジ型（光に当たった部分が除去される）とネガ型（光が当たっていない部分が除去される）があります。
⑥ エッチング
フォトレジストで覆われていない部分の酸化膜を削り取ります。
⑦ フォトレジストの除去（ストリップ）
最後に、不要になったフォトレジストを取り除きます。これで一層分のパターン形成が完了です。
この後は、形成されたパターンに対してドーピング（不純物注入）やアニール（熱処理）、絶縁膜形成などの工程があります。そして、またフォトレジストを塗布して、③～⑦のリソグラフィの工程を繰り返します。