スマートフォンなどの通信機器、エアコンや炊飯器などの家電製品、自動車や飛行機などのモビリティ等々、私たちの身の周りにある様々なものに半導体が使用されています。半導体はこれまで実装機器の高性能化・多機能化のため進化を続けてきました。例えば、スマートフォンの大きさは変わらないのにメモリの容量が増えたり、スマートフォンを動かすプロセッサの性能が向上したりしているのは半導体が進化した結果と言えます。
京セラは1959年の創業以来培ってきたノウハウ、提案⼒を活かし、半導体に関連する高品質な製品・技術を提供することで半導体業界を支えてきました。以下にて、半導体製造工程の一例に沿って京セラの製品・技術を紹介します。
半導体の製造⼯程 マスク製造⼯程
コンピュータを⽤いてパターンを設計し、フォトマスクに転写することで回路の形成を⾏います。
- 回路・パターン設計
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半導体チップの回路を設計し、シミュレーションを繰り返して最適なパターンを検討します。
⽤途によって必要な機能が異なるため、設計するパターンも都度違うものとなります。 - フォトマスク作成
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フォトマスクはシリコンウエハにパターンを転写する際に使用する原版です。
遮光膜が付いたガラス板にごく微細な回路パターンをエッチングしてフォトマスクを製造します。
半導体の製造⼯程 ウエハ製造⼯程
インゴットを⽤いウエハを製作し、加⼯の準備を⾏います。
- シリコンインゴットのスライス
シリコンインゴットを直径が均一になるよう外周研削した後、ワイヤーソーなどを使って薄く切り出し円盤状にします。
- ウエハの研磨
円盤状に切り出したウエハの表面にある凸凹を研磨剤と研磨パッドを使⽤し磨いていきます。
京セラのポリッシングプレートがウエハ研磨を⽀える！
⾼純度セラミックを使⽤したポリッシングプレートを使⽤することで、精密な加⼯が可能になります。
また、セラミックスは耐摩耗性に優れているため、⻑期間良好な表⾯状態を維持することが可能です。
半導体の製造⼯程 前⼯程 基板上に回路が形成されるまで
シリコンから作られたウエハの上に、数十億のトランジスターで構成されるLSIチップ（大規模集積回路）を
数百個作ります。
- ウエハ表面の酸化
回路パターンを焼き付けるため、ウエハ表面を酸化させることでウエハ上に酸化膜を作ります。
- 薄膜形成
様々な材料の薄膜形成を行います。
チャンバー(CVD装置)の構成部品を耐久性に優れた京セラのセラミック製プラズマプルーフが⽀える！
薄膜形成の⼯程では腐⾷性ガスを使⽤したり、プラズマ環境に晒されるためその装置⾃体にも耐久性が求められます。京セラのセラミック材料は耐プラズマ性、耐熱性に優れ、低パーティクル、低誘電損失といった特性も備えています。
精緻なガスコントロールを京セラのピエゾ素⼦が⽀える！
プロセスガスの流量をコントロールするマスフローコントローラに京セラのピエゾ素⼦が採⽤されています。
電気を流すと伸び縮みするピエゾ素⼦ですが、京セラ独⾃製品は電磁式バルブと⽐較すると10倍近く応答速度に優れており、クラックによる故障モードを回避する構造(クラック制御層)を採⽤しているため、⾼い信頼性も担保しています。⾃動⾞部品としても採⽤されている部品のため、品質の⾼さも折り紙付きです。
※ マスフローコントローラ…ウエハ上に供給するプロセスガスの流量を精密制御する装置
- フォトレジスト塗布
回路パターンを転写するため、フォトレジストという感光剤を均一に塗布します。
- 露光・現像
露光装置を用い、フォトマスクとレンズを通してフォトレジスト上に光を照射し、回路パターンを転写する作業を繰り返します。写真で言うと、「現像」にあたる工程です。
世界レベルで軽量・⾼剛性・⾼精度
京セラのセラミック製ウエハステージ用部材が露光装置の性能を⽀える！
1つの半導体を製造する過程で繰り返し回路パターンを焼き付けるため、ウエハとフォトマスクをズレなく正確に何度も重ねる技術が必要です。そこで京セラは軽量・⾼剛性・⾼精度なウエハステージ⽤部材をオーダーメイドで開発・提供しています。素材には熱膨張率が⾮常に⼩さく、また、⾼い平滑性を得られるコージライトを使⽤しており、その精度はハワイ島マウナケア⼭頂に設置された「すばる望遠鏡」にも採⽤されるほどです。
- エッチング
真空チャンバー内でガスをプラズマ化し、酸化膜等不要なものを除去します。
様々な種類のガスによる⾼い出⼒のプラズマに耐える京セラの
セラミックスが⽣産効率のアップを⽀える！
積層化が進むなかで必然的にエッチングの回数や時間も増えているという現状に対し、プラズマのパワーを上げることにより、⽣産性をアップさせる動きがあります。そこで、⾼いプラズマのパワーに耐えられる京セラのセラミック材料はチャンバーを構成する部品として使⽤されています。
- レジスト剥離・洗浄
不要となったレジストを取り除きます。
- イオン注⼊
ウエハにイオンを注⼊し、熱処理を⾏います。半導体をトランジスタとして動作させるためには⽋かせない⼯程です。
- 平坦化(CMP)
ウエハ表⾯を研磨することで凸凹をなくし、平らにします。
⾼精度なウエハ表⾯の研磨を京セラの真空チャックが⽀える！
ウエハをしっかりと吸着固定し研磨を⾏うための真空チャックですが、⾼純度や優れた耐薬品性といった特性をもち、使⽤条件によって様々な表⾯形状が可能です。この平坦化を精緻に⾏うことで、微細な回路を積層化することができるため、半導体デバイスの積層化における重要な⼯程となっています。
- 電極形成
酸化膜に⽳を開け、電極を埋め込みます。
- 組み⽴て・ウエハ検査
プロービングマシンを⽤い、ウエハに形成したすべてのチップの電気特性を検査し、不良品の選別を⾏います。
電気特性を検査するプロービングマシンを京セラの部品が⽀える！
ウエハ上のすべての極⼩チップの電気特性を熱を加えながら検査するプロービングマシンですが、シリコンウエハに近い熱膨張率を持ち、剛性が⾼くたわみにくいという点から京セラのプローブカード⽤セラミック基板が採⽤されています。また、防振性が⾼いという点から光学ユニットが採⽤されています。
半導体の製造⼯程 後⼯程 めっきから検査・出荷まで
ウエハから半導体チップを切り出した後に組み⽴てや検査を実施します。
- めっき
フリップチップ実装をするため、めっき処理を⾏います。
無電解めっき⽅式でのUBM形成⼯程受託サービスで半導体業界を⽀える！
京セラは半導体製造における「後⼯程」の受託サービスを⾏っています。100%国内⼯場で⽣産した⾼信頼性製品のご提供はもちろん、京セラならではの規模感を活かした製品の安定供給や、半導体UBMめっきのみの場合は受⼊から出荷まで最短3⽇でのスピード対応も可能です。
※ 時期や状況によって多少前後することもございます。
※ めっきとバンプ以外のバックグラインディング、ダイシング、テーピングは協⼒会社にて⾏います。
- バンプ
ウエハの電極部に、はんだバンプを形成します。
京セラ独⾃技術を活かしたスクリーン印刷でバンプ加⼯⼯程を⽀える！
ウエハにおける半⽥バンプ加⼯法について、京セラはスクリーン印刷⼯法を採⽤しています。
⼀般的には加⼯法に劣るとされるスクリーン印刷ですが、オンコンタクト印刷法とオフコンタクト印刷法のメリットを合わせ持つ「ハイブリット印刷⼯法」を独自に導入しました。この印刷法はスクリーン印刷⼯法でありながら、バンプピッチ100μmでの安定したはんだバンプ加⼯精度を実現しています。
- ウエハのダイシング
ウエハをブレードで切断し、個々のチップに分割します。
ダイシングマシン部品を京セラの真空チャックと光学系ユニットが⽀える！
ダイシングの際に発⽣するブレを軽減するため、京セラの真空チャックや光学系ユニットが使⽤されています。機械にあわせたコンパクトな設計が可能で、防振性能や防塵・防水性能(IP64グレード）を有しています。
また、ダイシングの際のレーザーの集光にも京セラ光学レンズが採⽤されており正確なダイシングに貢献しています。
- 組み⽴て
個片化したチップを保護するためにパッケージングを行います。
パッケージの材料は有機、セラミックス、リードフレームなどがあります。
セラミックパッケージも有機パッケージも パッケージのことなら京セラにお任せ
京セラでは、セラミックパッケージと有機パッケージを提供しています。
各材料において、⾼い技術⼒をもってデバイスの特性を最⼤限発揮できるようにお客様のご要求に合わせた提案を⾏い、⺠⽣品⽤途からインフラや⾞載など多岐にわたってご採⽤頂いています。
マウンティングに使⽤する「基材の露光」を京セラの光学ユニットが⽀える！
シリコンウエハを載せる基台も京セラで製作していますが、この基材の露光に使⽤される装置にも京セラの光学レンズが使⽤されています。
- 検査・出荷
バーンイン(湿度電圧試験)や製品検査、信頼性試験などの検査を重ね、不良品がないか確認を⾏い、検査に合格した製品を成型し出荷します。
ココにも京セラ！ もっと⽀える 番外編
半導体のパッケージの隙間に配置し省スペース化が実現できる
薄型・⼩型なコンデンサ
電⼦機器の作動をサポートする電⼦部品であるコンデンサですが、京セラではBGAの隙間にも実装可能な⼩型・薄型で105℃の⾼温にも耐えられる「薄型⾼容量コンデンサ」を開発しています。
例えばスマートフォン1台には約700~1000個のコンデンサが搭載されているため⼀つひとつのコンデンサの⼩型化・省スペース化が重要となっていますが、薄層化技術や⾼精度積層技術を駆使して⼩型化・⼤容量化を実現しています。
5Gで更に⽣産効率アップ
京セラの5G対応デバイスをAGVに接続することで、リアルタイムにAGVの動きを制御することができます。また、保守点検の箇所や計器数値のデータを、エッジコンピューティングで解析させることも可能です。
引用元：SEMIジャパン半導体業界研究サイト「SEMI FREAKS」