フォトレジストとは？

半導体・基板製造を支える「光で形を作る材料」

フォトレジスト（photoresist）は、光（または電子線などのエネルギー）を当てると性質が変わり、現像によって“模様”を作れる感光材料です。半導体の微細配線、液晶・有機ELのパターニング、プリント基板（PCB）、MEMS（微小機械）など、現代の「微細加工（リソグラフィ）」を成立させる中心的な材料として使われています。

身近なたとえで言えば、フォトレジストは「光で描けるマスキングテープ」のような存在です。必要な箇所だけに穴（または保護層）を作り、その後のエッチングやめっき、イオン注入などの工程で“加工の選別”を行います。

1. フォトレジストが必要な理由

半導体チップやディスプレイは、平らなウエハーやガラス上に、何層もの薄膜を作り分けながら回路を形成していきます。このとき「どこを削るか／残すか」「どこに不純物を入れるか」などを選び分けるために、**パターン付きの保護膜（マスク）**が必要です。

フォトレジストは、次のような工程に直結します。

• 🧩 エッチング：削りたい部分だけ露出させる
• 🧲 イオン注入：注入したい部分だけ露出させる
• 🪙 めっき／配線形成：金属を付けたい部分だけ開口させる
• 🧪 洗浄・保護：工程中に下地を守る

2. 「ポジ型」と「ネガ型」：現像後に残るのはどっち？

フォトレジストは大きく ポジ型（positive） と ネガ型（negative） に分かれます。違いはシンプルで、**光を当てた部分が溶けやすくなるか（ポジ）、溶けにくくなるか（ネガ）**です。

ポジ型（Positive Resist）

• 露光した部分が現像液で溶ける → 露光部がなくなる
• 微細化で有利な設計が多く、半導体で主流になりやすい

ネガ型（Negative Resist）

• 露光した部分が硬化して溶けにくい → 露光部が残る
• 厚膜を作りやすく、めっきやMEMS、マスク用途で強み

※実際には、材料設計・光源・下地・目的（厚膜か超微細か）で最適解が変わります。

3. リソグラフィ工程の流れ（基本の“型”）

半導体・基板で定番のプロセスは、概ね次の順序です。

1. 塗布（Spin Coat）：レジストをウエハーに均一に塗る
2. プリベーク（Soft Bake）：溶剤を飛ばして膜を安定化
3. 露光（Exposure）：マスク越しに光（またはEUV等）を当てる
4. PEB（Post Exposure Bake）：反応を進めてパターン性を整える（材料による）
5. 現像（Develop）：溶ける／溶けないを利用して模様を作る
6. ハードベーク（Hard Bake）：耐熱・耐薬品性を上げる（工程による）
7. エッチング／注入／めっきなどの本加工
8. レジスト剥離（Strip）：不要になったレジストを除去

ここで重要なのは、フォトレジストが単独で仕事をするのではなく、光源・マスクパターン・現像液・下地膜・ベーク条件と一体で性能が決まる点です。

4. 露光光源の変遷：g線/i線 → KrF/ArF → EUV

微細化は「より短い波長の光へ」という流れと強く結び付いています。

• g線（436 nm）／i線（365 nm）：古典的なフォトリソの代表
• KrF（248 nm）：半導体微細化の大きな節目
• ArF（193 nm）：さらに微細化、
  • ArF液浸（Immersion）：レンズと基板の間に液体を入れ、見かけの解像度を上げる
• EUV（13.5 nm）：極端紫外線による超微細パターニング

ただし、波長が短いほど「何でも楽になる」わけではなく、反射光学系、真空環境、材料の吸収、欠陥の統計性（確率的欠陥）など、別の難しさも増えます。

5. フォトレジスト材料の代表例（ざっくり概観）

用途・世代によって材料は大きく変わります。ここでは全体像を掴むための見取り図として整理します。

① 従来型（ノボラック系など）

• g線/i線時代の代表格
• 比較的扱いやすい一方、超微細化には限界がある

② 化学増幅型レジスト（CAR: Chemically Amplified Resist）

• 露光で酸を作り、ベークで反応を増幅して溶解性を変える
• 高感度化に強いが、酸拡散が形状や粗さ（LER）に影響しやすい

③ EUV向け新材料（例：金属酸化物系など）

• 露光吸収・感度・欠陥低減・アウトガスなど、多条件の両立が課題
• “材料の工夫”がプロセス側（露光機・マスク・洗浄）と密接に絡む

6. 良いフォトレジストに求められる性能

製造現場では、単に「線が細く描ける」だけでは不十分です。代表的な要求特性をまとめます。

• 🎯 解像度（Resolution）：どこまで細い線や間隔を表現できるか
• ⚡ 感度（Sensitivity）：必要露光量が少ないほど生産性が上がる
• 🧼 パターン形状（Profile）：垂直性・テーパ・倒れなど
• 🧊 線幅粗さ（LER/LWR）：端のギザギザが電気特性に影響する
• 🛡️ エッチ耐性：下地が削れる前にレジストが持ちこたえるか
• 🧯 密着性・剥がれにくさ：工程中の欠け・浮きは致命的
• 🌡️ 耐熱性・耐薬品性：後工程の温度・薬液に耐えるか
• 🧩 欠陥管理：粒子、ピンホール、ムラ（膜厚・反応）を抑える

これらは互いにトレードオフになりやすく、目的に合わせた最適点を探します。

7. EUVでよく話題になる「確率的欠陥」とは

EUVでは波長が非常に短く、また露光プロセス全体が繊細です。そのため、平均的にはうまく描けていても、ごくまれに欠損・ブリッジ・ピンチオフのような“偶発的エラー”が出ることがあります。

この背景には、

• EUV光子（フォトン）の数が有限であること
• レジスト内部で起きる反応や拡散がミクロなゆらぎを持つこと
• 現像や洗浄での局所的な不安定さ

などが絡みます。つまり、技術課題が「平均の性能」から「ばらつきの尻尾（レアイベント）」へ移っている側面があります。

8. 半導体以外の用途：レジストは“万能な微細加工材料”

フォトレジストの活躍場所は半導体だけではありません。

• プリント基板（PCB）：配線形成、ソルダーレジストなど
• ディスプレイ：画素形成や配線、カラーフィルタ工程
• MEMS：センサー、マイクロミラー、加速度計など
• フォトニクス：導波路、回折格子、微細レンズ
• バイオ・マイクロ流体：微細流路、微小構造体

特に厚膜ネガレジストは、立体構造を作る用途で強みを発揮します。

9. 取り扱いの注意（安全・品質の観点）

フォトレジストは一般に有機溶剤を含み、現像液もアルカリ性など化学的性質を持ちます。研究室・工場での取り扱いでは次が基本です。

• 換気・局所排気、保護具（手袋・ゴーグル等）の使用
• 皮膚付着・吸入の回避
• 温度・湿度・光（不要露光）・粒子管理
• 廃液処理はルールに従う（混合禁忌の確認）

品質面では、塗布前のフィルタリングやクリーン環境が歩留まりに直結します。

10. よくある誤解

• 「フォトレジストが回路になる」
  • レジストは“回路そのもの”ではなく、加工のための一時的なマスクです。
• 「光を当てれば勝手に固まって完成する」
  • 実際はベーク・現像・洗浄・乾燥など、条件依存の工程が複合します。
• 「短波長＝必ず解像度が上がる」
  • 光学系・材料吸収・反射・欠陥・プロセス窓まで含めて全体最適が必要です。

用語ミニ辞典

• リソグラフィ（Lithography）：パターンを転写する一連の技術
• 現像（Develop）：溶解性の差を使い、模様を出す工程
• エッチング（Etching）：材料を削る工程（ドライ／ウェット）
• レジスト剥離（Strip）：レジストを除去する工程
• LER/LWR：線の端の粗さ（線幅のばらつき）

まとめ

フォトレジストは、光（またはEUV・電子線など）を使って、基板上に微細な“選別マスク”を作る感光材料です。微細化が進むほど、材料単体の性能だけでなく、露光方式・現像・ベーク・下地膜・洗浄まで含む全体設計が重要になります。

半導体の最先端を支える最重要材料である一方で、ディスプレイや基板、MEMSなど幅広い領域にも広がっており、「微細加工の共通言語」として理解しておく価値の高いテーマです。