半導体・MEMSのドライエッチングとは？ウェットエッチングとの違いや委託先の選び方を解説

半導体やMEMS（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）デバイスの製造では、回路や微細構造を形成する工程の一つとして「エッチング」が用いられています。

なかでもドライエッチングは、微細な形状を高い精度で形成しやすく、半導体やMEMSの製造に幅広く利用されている方法です。一方、専用設備やプロセスに関する専門知識が必要となるため、自社で設備を保有するか、外部へ委託するかを検討する必要があります。

この記事では、ドライエッチングの仕組みやウェットエッチングとの違い、内製・外注それぞれの特徴、受託加工先を選ぶ際のポイントについて解説します。

半導体・MEMS製造におけるドライエッチングとは

ドライエッチングは、ガスやプラズマを利用して材料を除去し、半導体やMEMSなどに微細な形状を形成する加工技術です。加工する方向を制御しやすいため、細かなパターンや深い溝など、高い加工精度が求められる工程で利用されています。

半導体製造では回路パターンの形成、MEMS製造ではセンサやアクチュエーターなどの微細な立体構造の形成に用いられます。

ドライエッチングの仕組みと特徴

ドライエッチングでは、真空装置内に反応性ガスを導入し、プラズマ中に生成したイオンなどを利用してウェハ表面の材料を除去します。

加工する方向を制御しやすく、横方向への広がりを抑えながら垂直方向に加工できるため、半導体の微細なパターンやMEMSの立体構造などの形成に利用されています。

MEMS製造では、深い溝や高アスペクト比の構造を形成するために、DRIE（Deep Reactive Ion Etching：深掘り反応性イオンエッチング）と呼ばれる加工方法も用いられています。必要となる加工形状や対象材料などに応じて、適した装置や加工条件を選定します。

ウェットエッチングとの違い

エッチングには、ドライエッチングのほかに「ウェットエッチング」と呼ばれる加工方法があります。

ウェットエッチングは、酸やアルカリなどの薬液を使用し、化学反応によって対象となる材料を除去する方法です。ドライエッチングが反応性ガスやプラズマを利用するのに対し、ウェットエッチングは薬液を利用する点が大きな違いです。

ドライエッチングは加工方向を制御しやすく、微細なパターンや高アスペクト比構造の形成に適しています。一方、ウェットエッチングは比較的シンプルな設備で処理でき、生産性を高めやすいほか、材料や薬液の組み合わせによっては結晶方位を利用した異方性加工も可能です。このように、それぞれ異なる特徴があります。

主な違いを整理すると、以下のとおりです。

どちらか一方が常に適しているわけではなく、求める加工形状や精度、対象となる材料、製造条件などに応じて加工方法を選択します。

ドライエッチングを内製するか外部委託するか

ドライエッチング工程を自社で行うか外部へ委託するかは、必要な加工技術や生産数量、設備投資、開発期間などを踏まえて検討します。継続的に一定量の加工を行う場合と、試作や特定工程のみで設備を利用したい場合では、適した方法が異なります。

内製化のメリット・デメリット

自社でドライエッチング設備を保有すれば、加工条件の調整や試作を社内で進めやすくなります。加工を重ねながらプロセスに関するノウハウを蓄積できる点も、内製化のメリットです。また、外部とのデータ共有を抑えられるため、機密性の高い開発にも対応しやすく、設備の稼働状況に応じて加工スケジュールを調整できます。

一方、ドライエッチング装置を導入するだけではなく、クリーンルームをはじめとする周辺環境の整備や、装置の保守・メンテナンス、専門人材の確保も必要です。

試作や少量生産が中心の場合は設備の稼働率を確保しにくいため、設備投資や維持コストとのバランスも考慮する必要があります。

外部委託のメリット・デメリット

外部委託を活用すれば、自社で専用設備や加工環境を保有せずに、必要なドライエッチング工程を依頼できます。

試作や少量生産、専用設備を必要とする工程など、必要な加工内容や数量に応じて外部の設備・プロセス技術を活用できる点がメリットです。また、新たに設備を導入する場合と比べて初期投資を抑えながら開発を進められます。

一方、加工条件や仕様について委託先との調整が必要となり、社内だけで加工する場合と比べて、スケジュールや納期の管理も必要です。量産を外部委託する場合は、加工費だけでなく、生産能力やリードタイム、品質管理、継続的な供給体制なども確認しておく必要があります。

ドライエッチングの委託先を選ぶポイント

ドライエッチングを外部へ委託する場合は、自社が求める加工内容に対応できるかに加え、どの範囲まで工程を依頼できるかを確認します。

特にMEMS製造では、ドライエッチング以外にも複数の工程が含まれるため、単工程のみを依頼するのか、前後の工程も含めて委託するのかによって適した委託先が異なります。

また、試作後の量産も想定している場合は、生産体制や品質管理、納期なども含めて比較します。

必要な加工内容に対応できるか

まず確認したいのが、自社が求める加工仕様に対応できるかどうかです。

対象となる材料やウェハサイズ、加工する形状・深さなどによって必要な設備や加工条件は異なります。DRIEなどの加工が必要な場合は、対応する設備やプロセス技術を保有しているかも確認します。

また、ドライエッチング以外の工程が必要な場合は、成膜やフォトリソグラフィなど、前後のMEMSプロセスを含めてどこまで依頼できるかも確認しておくと、委託範囲を検討しやすくなります。

単工程・部分工程のみでも依頼できるか

MEMS製造の全工程を一括して委託するだけでなく、ドライエッチングなど、必要な工程のみを切り出して依頼できるファウンドリーもあります。

例えば、フォトリソグラフィなどは自社で行い、専用設備を必要とするDRIEのみを外部へ委託するといった方法も考えられます。自社の既存設備を活用しながら、不足している設備や加工技術を外部で補える点が、部分委託のメリットです。

特定の工程のみを外部へ委託したい場合は、単工程・部分工程への対応可否や、受け入れ条件などを事前に確認しておきます。

試作から量産まで対応できるか

製品化を見据えている場合は、開発段階の試作だけでなく、その後の量産まで継続して依頼できる体制があるかも確認します。試作時には対応できても、量産段階になると必要な生産能力や品質管理体制が変わる場合があります。

そのため、量産を想定する場合は、対応可能な生産量や品質管理体制、納期、供給体制なども比較しておくことが大切です。試作から量産まで同じ委託先に依頼できれば、試作時に確立した加工条件や仕様を引き継ぎながら、量産への移行を進めやすくなります。

ドライエッチングを含むMEMS受託加工ならアイテクソリューション

アイテクソリューションでは、台湾のMEMSファウンドリー「Asia Pacific Microsystems（APM）」やそのほかの協力会社を通じて、MEMSデバイスの開発・製造を支援しています。

APMでは、DRIEを含むエッチングや成膜、ウェハ接合、ダイシング、検査など、MEMS製造に必要な幅広いプロセスに対応しています。また、各工程の技術・設備を活用し、単工程・部分工程の受託にも対応しています。

自社に必要な設備がない場合や、MEMS製造の一部工程のみを外部へ委託したい場合にも相談できます。

MEMSの開発・量産に対応するAPMのファウンドリーサービス

APMは、2001年の設立以来、MEMSファウンドリーサービスを提供している台湾・新竹の企業です。圧力センサや環境センサ、光学アクチュエーターなど、さまざまなMEMSデバイスの開発・量産に対応しています。

DRIEをはじめとする各種MEMSプロセスに対応しており、高アスペクト比のシリコン加工に対応するICPエッチャーなど、MEMS製造に用いる専用設備も保有しています。Tier-1サプライヤーへの圧力センサ納入をはじめ、自動車分野での量産実績もあり、量産を見据えたMEMSデバイスの開発・製造を検討する場合にも選択肢となります。

単工程・部分工程の委託にも対応

APMでは、MEMS製造の一連の工程だけでなく、DRIEなど、必要な単工程・部分工程のみを切り出した委託にも対応しています。

自社で対応できない工程や、専用設備を必要とする工程のみを外部へ委託できるため、自社の設備や開発体制に応じて委託範囲を検討できます。

また、APMでは、蓄積してきた設計ライブラリを活用する「MEMS Express」も提供しています。既存の設計・製造ノウハウを活用することで、開発期間やコストの低減、量産移行までの期間短縮を目指せる仕組みです。

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まとめ

この記事では、半導体・MEMSにおけるドライエッチングについて以下の内容を解説しました。

• 半導体・MEMS製造におけるドライエッチングとは

• ドライエッチングを内製するか外部委託するか

• ドライエッチングの委託先を選ぶポイント

• ドライエッチングを含むMEMS受託加工ならアイテクソリューション

ドライエッチングは、ガスやプラズマを利用して材料を除去し、半導体やMEMSに微細なパターンや立体構造を形成する加工技術です。専用設備やプロセス技術が必要となるため、自社での内製だけでなく、必要な工程を外部へ委託する方法もあります。

委託先を選ぶ際は、求める加工仕様への対応可否に加え、単工程・部分工程を依頼できるか、試作から量産まで対応できるかなどを確認します。

アイテクソリューションでは、台湾のMEMSファウンドリー「APM」やそのほかの協力会社を通じて、DRIEを含むMEMSプロセスの受託加工を支援しています。自社で対応できない工程の部分委託や、MEMSデバイスの試作・量産についてもご相談いただけます。