ウエハとは何か？半導体製造に使われる規格サイズを徹底解説

2025年1月22日

ウエハとは、半導体製造において欠かせない重要な要素です。この記事では、ウエハの基本的な概念や規格サイズに焦点を当て、詳細に解説していきます。ウエハは半導体チップの基盤として使用され、その正確な規格は製造プロセスにおいて極めて重要です。半導体業界を理解し、ウエハの役割と規格サイズについて一層深く知るために、この記事をお読みいただければ幸いです。

ウエハとは

ウエハは、半導体デバイスを製造するための基盤となる薄い円盤状の材料です。主にシリコンが使用されることが多く、半導体チップの製造プロセスにおいて中心的な役割を果たします。

ウエハの基本的な定義とは

ウエハとは、半導体製造における薄い円盤状の基板で、通常は直径数インチから数十インチのサイズで製造されます。ウエハは主にシリコン（Si）で作られますが、その他の材料も使用されることがあります。製造されるウエハは、後にフォトリソグラフィやエッチング、イオン注入などの工程を経て、最終的に集積回路（IC）を形成します。

ウエハの役割と半導体製造での重要性

ウエハは半導体製造において以下の重要な役割を果たします：

基盤としての役割: ウエハは、集積回路を形成するための物理的な基盤となります。回路のパターンはウエハの表面に転写され、微細な加工が施されます。
材料としての特性: シリコンはその電気的特性が優れており、電子デバイスとして機能するための理想的な材料です。ウエハの品質は、製造されるデバイスの性能に直結します。
製造プロセスの出発点: ウエハは半導体チップの製造の最初のステップで使用され、後の工程でさまざまなデバイスに変換されます。

シリコンウエハとその他の材料ウエハ

シリコンウエハは最も一般的に使用されている半導体ウエハですが、他にもさまざまな材料のウエハが使用されることがあります。

材料	特徴	主な用途
シリコン（Si）	優れた電気的特性、コストパフォーマンスが高い	半導体デバイス、集積回路（IC）で最も広く使用される
ガリウムアルセナイド（GaAs）	高速性と高周波特性が優れており、通信機器や赤外線技術に利用	高周波デバイス、光通信システム、LED
シリコンカーバイド（SiC）	高温・高電力性能に優れる、耐久性が高い	パワーデバイス、電気自動車のインバータ
窒化ガリウム（GaN）	高効率、高耐圧、広帯域特性を持つ	高速・高効率なパワーデバイス、LED、レーザー技術

ウエハ規格の概要

ウエハ規格は、半導体産業で使用されるウエハのサイズ、形状、品質に関する標準を定めた規格で、デバイスの製造における互換性を保証します。主要なウエハ規格には、JEIDA（日本電子工業振興協会）とSEMI（半導体装置製造技術協会）による規格があり、これらは国際的に広く使用されています。

ウエハ規格表の理解：JEIDAとSEMIの比較

ウエハ規格表は、ウエハの物理的な特性やサイズ、品質の基準を示すもので、以下に示すように主要な規格があります：

規格	内容	主な特徴
JEIDA（日本）	日本国内向けの規格で、ウエハのサイズ、厚さ、平坦度、欠陥基準を定めています。	– 高精度な公差基準 – 日本国内で多く使用
SEMI（国際）	世界的に普及している規格で、ウエハの仕様や測定方法に関する詳細なガイドラインを提供します。	– 国際的な普及率 – 半導体業界での標準規格として広く採用

主要なウエハ規格項目：

サイズ: ウエハの直径（通常は6、8、12インチなどの標準サイズ）
厚さ: ウエハの厚さは、加工後に薄くなるため、特定の範囲内に収める必要があります。
平坦度: ウエハ表面の歪みや凹凸を表す基準で、半導体デバイスの品質に大きな影響を与えます。
表面粗さ: 表面の平滑さがデバイスの製造精度に影響するため、特定の基準を満たす必要があります。
欠陥の許容範囲: ウエハ表面に存在する微細な欠陥（キズ、汚れ、気泡など）の許容範囲が定められています。

国際標準としてのウエハ規格

ウエハ規格は、世界中で一貫性を保つために国際的に統一されています。特にSEMI規格は、全世界での半導体製造において標準となっており、各国のメーカーが互換性を持って製品を製造できるようにしています。これにより、供給チェーン全体で効率的な製造が可能となり、品質管理や製造の最適化が進んでいます。

ウエハ規格は半導体製造において非常に重要で、JEIDAとSEMIの規格が世界的に広く使われています。これらの規格に従うことで、ウエハの品質が一貫して保たれ、最終的なデバイスの性能にも影響を与えることになります。

シリコンウエハ特集

シリコンウエハは、半導体デバイスの製造において中心的な役割を果たす重要な素材です。ここでは、シリコンウエハの製造プロセス、SIウエハの特徴と用途、そしてシリコン鏡面ウエハの寸法規格と標準仕様について解説します。

シリコンウエハの製造プロセス

シリコンウエハは、高純度のシリコンを使用して製造されます。以下がその主要な製造工程です：

シリコン精錬: 高純度のシリコンを製造するために、石英（SiO₂）からシリコンを抽出します。
インゴットの製造: 精錬されたシリコンを溶かし、Czochralski法（CZ法）などを用いてシリコンインゴットを作ります。
スライシング: インゴットを薄くスライスし、ウエハの形にします。これを「ウェハスライシング」と呼びます。
研磨と洗浄: スライスしたウエハの表面を研磨し、微細な傷や不純物を取り除きます。
テストと選別: 品質検査を行い、基準を満たすウエハを選別します。

SIウエハの特徴と用途

シリコン（Si）ウエハは、半導体デバイスの主要な基板素材であり、以下の特徴があります：

特徴	詳細
高い導電性	シリコンは半導体として、導電性が調整可能であり、エレクトロニクスで重要な役割を担います。
安定した物理的特性	シリコンウエハは機械的に強く、安定した性質を持っています。
コストパフォーマンス	大量生産されており、他の材料に比べて低コストであるため、広く利用されています。

シリコンウエハは、主に以下の用途に使用されます：

半導体デバイス（トランジスタ、IC、メモリ）
太陽光発電パネル（シリコン太陽電池）
光ファイバー通信（光学機器）

シリコン鏡面ウエハの寸法規格と標準仕様

シリコン鏡面ウエハは、非常に平坦で滑らかな表面を持つウエハで、主に高度な集積回路や光デバイスの製造に使用されます。標準仕様は、以下のような基準に基づいています：

寸法規格	仕様
ウエハ直径	100 mm、150 mm、200 mm、300 mmなどの標準サイズが一般的
厚さ	通常、150〜750 μmの範囲であり、用途に応じて異なります
表面粗さ	Ra（平均粗さ）は通常 0.5〜1.0 nm 以下の鏡面仕上げが必要
エッジ形状	ノッチ付き、ラウンドエッジなど、用途に応じたエッジ形状が選択可能
抵抗値	シリコンウエハは、特定のドーピングで導電性を調整し、用途に応じた抵抗値を持つ
結晶向き	(100)、(110)、(111)など、製造するデバイスの種類に基づき結晶向きが選ばれます