チップができるまで｜半導体製造の流れを入門向けに解説
半導体チップはシリコンウェハという薄い円盤を出発点として、前工程（ウェハプロセス）と後工程（アセンブリ・テスト）という2段階で製造されます。前工程では露光・エッチング・成膜など数百ステップを経て回路を作り込み、後工程ではウェハからチップを切り出して製品にパッケージングします。ここでは各工程で何をしているかを、装置との対応とともに分かりやすく整理します。
ポイント
- ▸製造は「前工程（ウェハプロセス）」と「後工程（パッケージ・テスト）」の2段階
- ▸前工程だけで数百ステップ、1枚のウェハが完成まで2〜3ヶ月かかる場合も
- ▸露光装置が工程の「心臓部」でパターンの微細さを決める
- ▸エッチング・成膜・CMP・洗浄・検査・計測が繰り返し組み合わさる
- ▸後工程でパッケージに封じることで初めて製品として出荷可能になる
Step 1：設計とマスク製作
まずEDA（電子設計自動化）ツールを使って回路設計を行い、トランジスタや配線のレイアウトデータを作成します。このデータを基にフォトマスク（レチクル）を製作します。マスクはガラス基板上に精細なパターンが描かれた「型」で、後の露光工程でウェハへパターンを転写するために使われます。設計とマスク作成は製造コストと期間の大きな部分を占め、最先端チップのマスクセット費用は数十億円に達します。
Step 2：前工程——ウェハへの回路形成
前工程はシリコンウェハ表面に回路を作り込む工程です。主なステップとして、①成膜（CVD・PVD・ALDで薄膜を堆積）、②フォトレジスト塗布・露光・現像（光でマスクパターンを転写）、③エッチング（不要部分を除去）、④洗浄（汚染・残留物除去）、⑤CMP（Chemical Mechanical Planarization：表面の平坦化）、⑥計測・検査（寸法・欠陥・膜厚を確認）が繰り返されます。この1サイクルで1〜2層が形成され、最先端チップでは合計100層以上を積み上げます。
Step 3：露光——回路を描く最重要工程
露光は前工程の「心臓部」で、光をウェハ上のフォトレジスト（感光性材料）に当ててマスクのパターンを転写します。使う光の波長が短いほど細かいパターンを描けます。現在の主流はArF液浸露光（波長193nm）とEUV露光（波長13.5nm）で、7nm以下の最先端チップにはEUVが不可欠です。ASMLが露光装置の世界最大手で、EUVの量産装置は同社のみが供給しています。露光工程は1チップあたり数十〜百回以上繰り返されます。
Step 4：後工程——パッケージングと試験
前工程が終わったウェハはダイシング装置で個々のチップ（ダイ）に切断されます。次に良品ダイを選別してリードフレームや基板に実装し（ダイボンディング）、ワイヤやバンプで電気的に接続します（ワイヤボンディング／フリップチップ）。その後、樹脂などで封止してパッケージを完成させます。最後に半導体テスト装置（ATE）でIC全数を電気的に試験し、規格を満たすものだけ出荷します。近年は3次元実装（2.5D/3D）など高密度パッケージングが急発展しています。