フォトリソグラフィ：印刷と半導体製造のための光によるパターン形成

基本構成と仕組み

フォトリソグラフィに最低限必要なものは、光源、パターンを備えたマスク（一般にフォトマスクと呼ばれる）、基板、および感光性被膜であるフォトレジストである。光はマスクを透過または反射し、制御されたパターンでフォトレジストを露光する。続く化学的な現像工程では、ポジ型レジストかネガ型レジストかに応じて、露光された部分または露光されていない部分のレジストを除去する。これにより、エッチング、成膜、リフトオフの工程に利用できる耐久性のあるパターンが作られる。

特性と主な方式

• 解像度：光の波長と光学系によって決まり、より短い波長ほど微細な形状を形成できる。
• フォトレジスト：感度、コントラスト、および後続工程への耐性を得るよう調製される。
• 露光装置：簡易なコンタクトプリンターから、微細加工で使われる高度な投影式ステッパーやスキャナーまで多様である。
• マスクの種類：不透明なパターンを持つ透明マスクや位相シフトマスクは、小さなスケールでの忠実度を向上させる。詳しくはフォトマスク技術を参照。

歴史的には、フォトリソグラフィは19世紀の写真技術および版画・印刷の実践から発展し、20世紀半ばにエレクトロニクス製造の要請に対応するため応用された。集積回路が普及するにつれ、これは集積回路を製造する中心的なパターン形成法となった。ウエハー上で微細な回路形状を反復して高スループットで複製できるためである。光学技術、レジスト化学、ステージ制御の進歩は、産業をより小さな形状寸法へと導いた。

用途と重要性

半導体製造以外にも、フォトリソグラフィは画像や精細なグラフィックの大量印刷、微小電気機械システム（MEMS）、プリント回路基板、マイクロ流体デバイスの製造に用いられる。商業印刷では、写真およびグラフィックの内容を高い忠実度で効率よく大量印刷することを可能にする。微細加工では、デバイスの形状と密度を定める基礎的な工程である。

重要な区別として、ミクロンおよびサブミクロン規模の形状に用いる光学式フォトリソグラフィと、極めて高い解像度が必要な場合の電子線リソグラフィやX線リソグラフィなどの特殊な方式との差異がある。実用上は回折、位置合わせ精度、レジスト化学が制約となるため、能力の拡張に向けて、新たな光源、液浸技術、マルチパターニング戦略、新材料の研究が継続されている。

フォトリソグラフィは、速度、再現性、多くの材料およびプロセスとの適合性を兼ね備えるため、汎用性が高く広く使われているパターン形成法である。大規模な印刷と、現代の電子機器を層状に製造する工程の双方において不可欠である。