アライナー（半導体）

アライナー、またはマスク アライナーは、フォトリソグラフィープロセスを使用して集積回路(IC)を製造するシステムです。明るい光がマスクを通してフォトレジストに照射されている間、フォトマスクをシリコン ウェハー上に保持します。「アライメント」とは、チップが複数回のリソグラフィー ラウンドを通過するときに、マスクを正確に同じ場所に繰り返し配置する機能を指します。

アライナーは1960年代から1970年代後半にかけてIC製造の主要部分を占めていましたが、その後ステッパーに置き換えられ始めました。^{[1] [2]}現在でも、マスクアライナーは学術研究の分野で使用されています。プロジェクトでは、フォトリソグラフィーを使用して小ロットでデバイスを製造することが多いためです。^[3]マスクアライナーでは、マスクパターンとウェーハパターンが1対1で対応しています。マスクはウェーハの表面全体を覆い、1回のショットで全体が露光されます。これが1:1マスクアライナーの標準であり、その後ステッパーと縮小光学系を備えたスキャナーに引き継がれました。^[4]

アライナー技術にはいくつかの異なる世代がある。初期の接触型アライナーはマスクをウェーハの上面に直接接触させて配置したため、マスクを再び持ち上げたときにパターンが損傷することが多かった。短期間しか使用されなかった近接型アライナーはこの問題を回避するためにマスクを表面からわずかに浮かせて保持したが、扱いが難しく、かなりの手動調整が必要だった。最終的に、パーキンエルマー社が1973年に発表したミクラリン 投影型アライナーはマスクをチップから完全に分離して保持し、画像の調整をはるかに簡単にした。^{[1] [2]}これらの開発段階を通じて、歩留まりはおそらく10%から約70%に向上し、チップ価格のそれに応じた低下につながった。^{[1] [2]}

一般的なマスクアライナーは次の部分で構成されています。

• 顕微鏡は、ウェハ基板とマスクの位置、およびそれらの相対的な位置合わせを確認するために使用されます。
• ウェーハホルダー（またはチャック）。ウェーハを固定するために使用され、多くの場合、下部の真空ラインが使用されます。
• マスクをウェーハの真上に配置するためのマスク ホルダー。ウェーハとマスクの相対位置は、一般的な顕微鏡ステージ機構を使用して調整できます。
• UV光源はフォトマスクを通して照射され、その影を下のウェーハに投影する。^[5]

プロジェクションアライナーは概念的にはウェーハステッパーに似ていますが、重要な違いが1つあります。アライナーはウェーハ全体のパターンを保持するマスクを使用するため、大きなマスクが必要になる場合があります。ステッパーはウェーハ上でより小さなマスクを繰り返し使用し、表面を横切ってチップ層のパターンを繰り返します。^{[6] [7]これによりマスクのコストが大幅に削減され、1つのウェーハを1回の実行で異なる}集積回路レイアウトやマスク設計に使用できるようになります。さらに重要なのは、光源をウェーハの1つの領域に集中させることにより、ステッパーははるかに高い解像度を生成できるため、チップ上のより小さな特徴（最小特徴サイズ）を実現できることです。ステッパーの欠点は、ウェーハ上の各チップを個別に画像化する必要があり、ウェーハ全体を露光するプロセスが非常に遅くなることです。

• Burbank, Daniel (1999 年秋)。「マイクロチップの製造はほぼ不可能」(PDF)。発明とテクノロジー。