OLED搭載iPad Proはドライエッチングのせいで高価になる可能性

Appleは2024年までにiPad ProにOLEDディスプレイを搭載すると噂されています。このディスプレイは、画面を可能な限り薄くするためにドライエッチングと呼ばれる技術を用いて製造されます。残念ながら、これによりiPad Proは価格が上がる可能性が高くなります。その理由は次のとおりです。

OLED搭載iPad Proモデルに関する報道を額面通りに受け取ると、Samsungがディスプレイの製造を担当することになるかもしれない。同社はiPhone 12とiPhone 13にOLEDパネルを供給していた。しかし、報道では「Appleが確認した」という記述以外に情報源は示されていなかった。

ドライエッチングは新しい技術ではありません。米国特許庁は2004年にサムスンにドライエッチング装置の特許を付与しました。

この特許には、エッチングが行われる真空チャンバー、基板を保持する「チャック」、そしてチャックを囲み、エッチングに使用された生成物を排出する「バッフルプレート」と呼ばれる部品が記載されています。サムスンが現在もこの装置を使用しているかどうかは不明ですが、ドライエッチングプロセスではプラズマが発生するため、真空チャンバーは不可欠です。

エッチングの種類

サムスンはウェットエッチングを安価で高速、そしてシンプルだと説明しています。ドライエッチングはより精度が高く、汚染されにくいものの、コストが高く複雑です。そのため、サムスンがOLEDスクリーンの製造にこの方法を採用した場合、iPadの価格が上昇する可能性があります。

エッチングとは、ウェハ（「スライス」または「基板」とも呼ばれる）から不要な材料を除去するプロセスです。ウェハは結晶シリコンなどの半導体材料で作られており、集積回路や太陽電池の製造に使用されます。

ドライエッチングでは、気体化学物質またはプラズマを用いてウェハから材料を除去しますが、ウェットエッチングでは溶剤や酸などの液体化学物質を使用します。どちらの方法にも利点と欠点があります。

ウェットエッチング

ウェットエッチングでは、ウェーハの材質に応じて、特定の化学薬品に浸漬されます。例えば、シリコンウェーハでは、緩衝フッ化水素酸が一般的に使用されます。

他の製造プロセスと同様に、廃棄物が発生します。フッ化水素酸および製造工程からの流出液に溶解した物質は、水質汚染を防ぐために適切に処分する必要があります。さらに、溶剤によってウェハから必要以上に多くの物質が除去される可能性があります。

サムスンの図表では、ウェットエッチングの下にある「フォトレジスト下のエッチング」とは、フォトレジストを指しています。フォトレジストは光に敏感な材料で、フォトリソグラフィー中に特性が変化します。その結果、ディスプレイ自体が適用される薄膜トランジスタ（TFT）上に複雑な回路が形成されます。

サムスンや他のメーカーは、AppleのiPhone向け既存OLED供給にウェットエッチングを使用している。

ドライエッチング

製造上の代替手段はドライエッチングです。ドライエッチングはウェットエッチングよりも精度が高く、さまざまな形状の基板材料を除去できます。

ドライエッチングは、集積回路を製造する超大規模集積回路（VLSI）プロセスで広く用いられています。ドライエッチングには、等方性ラジアルエッチング、反応性イオンエッチング、スパッタエッチング、イオンミリングなど、いくつかの方法があります。それぞれの複雑な詳細はこの記事では説明しませんが、プロセスによってウェハから半導体材料を除去する方法によって異なります。

ドライエッチングプロセスのすべての種類はプラズマを使用するため、ドライエッチングはしばしばプラズマエッチングと呼ばれます。イオンミリングとスパッタエッチングは、イオンビームを用いて材料を物理的に除去または蒸発させます。

サムスンの論文では、プラズマエッチングについて説明しています。このエッチングでは、ウエハーを収容した真空チャンバー内にガスを注入し、励起してプラズマを発生させます。そして、高い運動エネルギーを得たイオンをウエハーに照射し、半導体材料を除去します。

どちらのエッチング方法においても、フォトレジストはエッチング工程中、回路パターンの保護膜として機能します。エッチング後、ガラス基板上には回路として使用されるフォトレジストが塗布された層のみが残り、その他の材料はすべて除去されます。

製造業

ドライエッチングは厳密には新しいものではありませんが、現時点ではあまり使用されていません。

2021年、中国の半導体装置メーカーAMECのジェラルド・イン会長は、同社のプラズマエッチング装置が顧客の5nmチップ製造に使用されていると述べた。

AMECは顧客を明らかにしなかったが、当時5nmプロセスの量産が可能だったのは、Appleの製造元として実績のあるTSMCとSamsungの2社だけだった。2022年6月、TSMCはアリゾナ州にある5nmファブで「ドライエッチングプロセスエンジニアリングマネージャー」の求人広告を掲載した。

サムスンの特許によれば、プラズマを用いたドライエッチング装置は、0.15マイクロメートル以下の幅の回路の製造に適している。同社は、ドライエッチングが高解像度ディスプレイに最適な方法であると結論付けている。

Appleのサプライチェーンは、iPhoneとApple Watchにウェットエッチングプロセスを採用し続ける可能性が高い。これは、LEDスクリーンよりも軽量で、高品質でありながら比較的低価格なディスプレイを製造できる、より安価なソリューションだ。

大型OLEDディスプレイにはドライエッチングが適しています。このプロセスはコストは高くなりますが、重量が重要な要素となる大型ディスプレイでは、その精度が大きなメリットとなります。