エッチング装置の国内外市場分析

2018年、エッチング装置の世界市場規模は約100億米ドルに達し、チッププロセスノードの微細化に伴いエッチング工程がさらに増加し​​、エッチング装置の需要も増加しています。中国は世界最大の半導体装置市場となる見込みで、エッチング、成膜、洗浄、試験装置などの国内生産が飛躍的に伸びています。世界の半導体市場が四半期ごとに減少しているのに対し、中国の半導体装置市場は活況を呈しています。

エッチング装置業界の集中度は高く、パンリンセミコンダクター社はエッチング装置市場シェアの半分を占めています。半導体技術の進歩に伴い、デバイスの相互接続層数が増加し、メディアエッチング装置の使用が継続的に増加しているため、パンリンセミコンダクター社は、より低い装置コストと比較的簡単な設計の利点を活かし、65nmおよび45nm装置市場でTELなどの企業を徐々に追い抜き、世界市場の半分以上を占めて業界のリーダーになりました。 The Information Networkのデータによると、パンリンセミコンダクター社のエッチング装置業界における市場シェアは2012年以降、徐々に増加し、2012年の約45％から2019年に約58％に達し、主に東京エレクトロン社の市場シェアに取って代わりました。東京エレクトロンの市場シェアは2012年の30％から2019年には18％に低下しましたが、依然として第2位の地位を維持しました。アプライド マテリアルズは一貫して第 3 位に位置し、2017 年の市場シェアは約 19% を占めています。上位 3 社で 2017 年の総市場シェアの 94% を占めており、業界の集中度が高く、技術的な障壁が明らかです。

（1）ラムリサーチとその設備の紹介

チップの小型化が進むにつれ、集積回路の開発においてはより複雑で微細なパターンを形成する必要があり、堆積プロセスで添加された誘電体（絶縁体）および金属（導電体）材料を選択的に除去する必要があります。反応性イオンエッチング（RIE）の主な技術は、ウェハ表面にイオン（荷電粒子）を照射して材料を除去することです。より微細な主要パターンの形成には、原子層エッチングが一般的な手段であり、ALEは数原子層の材料を除去できます。Lam Researchは、様々な材料をエッチングするための幅広い装置を製造しています。

Lam Researchはエッチング装置メーカーとして最も歴史が長い企業の一つであり、半導体の発展に合わせて対応するエッチング装置を常にアップデートしています。 図に示すように、同社の創業事業はエッチング装置の製造であり、1981年に最初のエッチング装置製品であるAutoEtch 480を発売し、1982年には1.5μmプロセスに対応するエッチング装置を開発、1989年には0.8μmプロセスに対応するエッチング装置を開発しました。 同社は1992年に初のICPドライエッチング装置、1995年には350nmプロセスチップに適用可能な初のデュアル周波数ICP媒体エッチング装置、2000年には180nmチッププロセスに適用可能な2300シリーズ製品を開発しました。 図はそれぞれLam ResearchAutoEtch 690製品図とLam Research 2300製品図を示しています。

同社は2014年末、Flexシリーズの350nmメディアエッチングシステムにALE機能を追加しました。このシステムは、主に低誘電率（Low k）および超低誘電率（Ultra Low k）混合メディア、および3DNANDの高アスペクト比アパーチャ、グルーブ、コンタクトに適用できます。このシステムは、同社の先進的なMixed Mode Pulse（AMMP）技術を採用しています。AMMP技術の高い選択性により、ALEのエッチング効果が向上し、シリカなどのALE絶縁膜を次世代ロジックチップやファウンドリオペレーションに活用できるようになります。また、同社のKiyoシリーズ製品にもALE機能が搭載されており、主にFinFETおよび3ゲート、3DNAND、高誘電率（High k）絶縁膜/メタルゲートのエッチングに使用されます。

誘電体エッチングは、主に絶縁材料にパターンをエッチングし、半導体デバイスの導電部間にバリアを形成します。先端デバイスでは、これらの構造は非常に高く薄く、複雑で繊細な材料が使用されることがあります。原子レベルでさえ、目標とする形状プロファイルからのわずかなずれがデバイスの電気性能に悪影響を及ぼす可能性があります。このような困難な構造を精密に作成するために、ラムリサーチはFlex ® 製品ファミリーを提供しています。これは、図に示すように、重要な誘電体腐食アプリケーション向けに、差別化されたテクノロジーとアプリケーション重視の機能を備えています。

均一性、再現性、調整可能性は、独自のマルチ周波数、小容量、制限されたプラズマ設計によって実現され、Flex 製品ファミリは、連続的なプラズマ生成、重要なサイズの連続エッチング、生産性と歩留まりの向上を保証します。

導体エッチングは主に半導体内の電気的に活性な微細構造を形成するために使用されます。半導体では、わずかな変化でもデバイスの性能に影響を与える電気的欠陥を引き起こす可能性があります。また、集積回路の製造においては、重要な寸法の微妙な変化が進むにつれて、エッチングプロセスが物理化学の基本法則の限界を押し広げています。ラムリサーチは、図に示すように、重要な寸法と重要なパターンのエッチングを正確に行い、デバイスの電気的性能を確保し、生産性を向上させるために、Kiyo R製品ファミリー（Kiyo R製品ファミリー）を設計しました。

Kiyo の製品に搭載されている特許取得済みの Hydra テクノロジーは、入力モードの変動を補正することで臨界寸法 (CD) の一貫性を向上させ、プラズマによる原子層エッチング機能を強化します。ALE) により、生産に適した原子スケールの変動制御を実現します。

ドライエッチングにおいて、プラズマエッチングを用いてシリコンウェーハの深部にあるシリコンなどの材料を除去するプロセスを総称してディープシリコンエッチングと呼びます。これらのエッチングは、主にCMOSイメージセンサーのピクセル分離のための深溝、パワーデバイスなどのデバイスの溝、TSVなどの高アスペクト比特性を持つクリティカルデバイスに用いられます。処理中、これらの重要な構造は主に複数の材料を連続的にエッチングすることで形成されますが、新しい材料はエッチングプロセス中に変化します。ラムリサーチは、ディープシリコンエッチング技術向けに、Syndion R製品ファミリー（Syndion R製品ファミリー）を開発しました。この製品は、高速プロセス切り替えと深度制御を提供し、図に示すように、異なるシリコンウェーハ上でより優れた均一性制御を実現します。優れたプロセス制御特性を備えたこのシリーズの製品は、従来のシングルステップ腐食プロセスに適用できるだけでなく、最小限の損傷と正確な深度均一性を確保できる高速交互プロセスの開発にも優れた応用展望を持っています。

金属エッチングプロセスは、配線や電気接続の形成など、集積回路を構成する個々のコンポーネントの接合において重要な役割を果たします。これらの穴は、従来のマスクでは対応できないほど微細なモード特性を持つ金属ハードマスクを貫通する穴あけにも使用でき、特性寸法を連続的に縮小することが可能です。これらの重要なエッチング工程を実現するために、Lam Researchは、製品の生産能力を大幅に向上させる技術ファミリーであるVersys@Metal製品ファミリーを導入しました。独自の対称型キャビティ構造は、図に示すように、デバイスのCDとプロファイルの均一性を独立して制御することも可能です。

（2）アプライドマテリアルズ社とその設備

世界最大の半導体装置およびサービスプロバイダーであるアプライドマテリアルズは、エッチング装置において深い技術的蓄積を有し、同社のエッチング装置は長い開発の歴史を持ち、歴史上多くの技術進歩をリードしてきました。1997年には、0.25μm以下のチップ製造プロセスに適用可能な集積回路用DPSエッチング装置「Silicon Etch DPSCentura」を発売しました。これは世界をリードするシリコンエッチングシステムであり、業界で最も成功したエッチング製品の一つです。

1999年には、0.1μm以下のエッチングに対応したSilicon Etch DPS PlusCenturaを発表しました。2000年7月には、誘電体、シリコン、金属エッチングのあらゆるアプリケーションに対応する12インチエッチングシステムMetalEtch DPS 300およびSilicon Etch DPS 300を発表しました。アプライド マテリアルズの半導体エッチング装置は、シリコンエッチングから誘電体エッチングまで、あらゆる産業分野をカバーしています。

半導体業界の技術発展に対応して、アプライド マテリアルズはエッチング分野で技術革新を続けています。 2011年、アプライド マテリアルズは新しいエッチング システム AppliedCentura® SilviaTM をリリースしました。エッチング速度が40%向上し、ウェーハ1枚あたりのエッチング コストが削減されました。技術的な観点から見ると、この新技術により、ウェーハの貫通孔はより滑らかになり、アスペクト比も高くなります。 2015年7月13日、アプライド マテリアルズは、原子レベルの精密プロセスを可能にする新しい反応チャンバーを備えた次世代エッチング装置、AppliedCen-trisTM Sym3TM エッチング システムを発表しました。 2016年6月、アプライド マテリアルズは、業界初のALEエッチング装置であるApplied Producer ®SelectraTM システムをリリースし、エッチング技術に新たなブレークスルーをもたらしました。このシステムは、新しい材料エンジニアリング機能を導入することで、3Dロジック チップとメモリ チップのサイズを縮小するのに役立ちます。図はアプライド マテリアルズの製品の一部を示しています。

（3）東京エレクトロン株式会社 会社・設備紹介

東京エレクトロン株式会社 東京エレクトロンは、日本を代表する半導体装置メーカーであり、主にフラットパネルディスプレイ（FPD）および半導体装置を販売しています。FPD製造装置において、エッチング装置のシェアは83%に達し、2018年にはフラットパネルディスプレイエッチング装置の世界市場シェアは71%に達しました。東京エレクトロンは、常にコア技術の研究開発に注力しており、エッチング装置の研究開発において豊富な歴史を有しています。

2001年、東京エレクトロン株式会社は、米国のスーパークリティカルシステムズ社を買収し、100nmプロセス技術を獲得しました。 2002年には、プラズマ媒体エッチングシステムTeliusTMを発表し、70nmプロセス技術を生み出しました。 2005年には、プラズマエッチングシステムの世界市場の売上高で1位になり、65nmおよび45nmプロセス技術製品をリリースしました。 2006年、TeliusTMは最新のエッチングチャンバーSを搭載しました。 2010年、東京エレクトロニクスは新しいプラズマエッチングシステムCCM^{TM^JIを発売しました。 この技術は、TactrasTMRLSATMEtchと組み合わせることで、無損傷、低エネルギー、高電子密度エッチングを可能にする革新的なプラズマ技術です。 2011年、東京エレクトロニクスは、20nmプロセス製品に適用できるアップグレードされたTactrasTMVigusTMプラズマエッチャーを発表しました。東京エレクトロニクスは2013年、大型パネルの製造に大きな優位性を持つ新技術である第8世代パネル向けICPプラズマエッチング装置を発売しました。2014年には、3DNANDフラッシュメモリおよびFinFET向けの低損失・高選択比エッチング装置を発表しました。2016年には、中小型高精細フラットパネル製品の製造向けに、新型エッチング装置を発売しました。2017年には、ICPエッチング装置の量産・販売を開始し、高解像度4K・8Kや大画面タブレットなどの市場ニーズに対応しています。

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. LTD.はシンガポールに拠点を置き、10年以上にわたり半導体分野の精密セラミック部品の研究開発、製造、技術サービスに注力しています。主な製品はセラミックチャック、セラミックエンドエフェクタ、セラミックプランジャ、セラミックスクエアビームで、さまざまなセラミック（多孔質セラミック、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、マイクロ波誘電セラミック、その他の先進セラミック）部品を製造しています。