EUVリソグラフィーチップ製造革命の最前線に立つ日本
沖縄科学技術大学院大学は、ASMLの先進的な半導体製造装置の独占を打ち破る可能性のある画期的な成果を主張している。
沖縄科学技術大学院大学（OIST）は、7nm以下の半導体の製造コストを大幅に削減し、チップ製造サプライチェーンに革命をもたらす可能性のある新しいタイプの極端紫外線（EUV）リソグラフィー装置を設計しました。
報道によれば、EUV装置の光学システムは大幅に簡素化され、消費電力は10分の1に削減され、より安価な先進的なチップ製造装置が実現する可能性が高まっている。
もしそうなれば、ASMLのEUVリソグラフィーにおける独占が終焉することになる可能性があり、半導体メーカー、投資家、政府にとって重大な影響を及ぼすことになるだろう。
米国の制裁により、EUVリソグラフィー装置の中国への販売が禁止されており、中国企業にとって7nmや5nmの半導体を製造することがはるかに困難かつ高価になり、台湾のTSMCで現在生産中の3nmノードや、現在開発中の2nm以下のノードでは不可能になっていることを思い出してください。
AIプロセッサ、スマートフォンに使われる低電力半導体デバイス、最新の高密度メモリチップは、維持費が高額で膨大な電力を消費する非常に複雑なEUVリソグラフィー装置を使用して製造されています。
OISTの新竹積教授は、この発明はこれらの問題をほぼ完全に解決できる画期的な技術だと語る。
OIST の言葉を言い換えると、その仕組みは次のようになります。カメラ、望遠鏡、旧式のリソグラフィー ツールなどの従来の光学システムでは、絞りとレンズは中心軸に対して対称、つまり直線上に配置されます。この構成により、収差を最小限に抑えながら高い光学性能を実現し、高品質の画像が得られます。
しかし、極端に短波長の EUV 光ではこれは不可能です。この光はほとんどの材料に吸収され、透明なレンズを通過できません。このため、EUV リソグラフィー システムでは、光線を非対称のジグザグ パターンで反射する三日月形のミラーを使用して光を誘導します。
OISTによると、この方法は「重要な光学特性を犠牲にし、システム全体の性能を低下させる」という。
この問題を解消するために、新竹教授は軸対称の鏡を2枚一直線に並べ、使用する鏡の数を10枚ではなく4枚だけにしました。
吸収率の高い EUV 光は反射するたびに 40% 弱まるため、10 枚のミラーで反射した場合は光源からのエネルギーの約 1% しかウェーハに到達しませんが、4 枚のミラーのみを使用した場合は 10% 以上がウェーハに到達します。
これにより、わずか 10 分の 1 の電力でより小型の EUV 光源を使用できるようになります。
20年以上前、日本のキヤノンに勤務していたアメリカ人エンジニアのフィル・ウェア氏は、サンフランシスコで開催されたセミコン・ウエスト業界展示会の技術セミナーで、EUVリソグラフィーの問題は、その電力消費が「HDE（フーバーダム換算値）」で測定されていることだと語った。
新竹教授の設計が意図したとおりに機能すれば、この問題は最終的に解決されるかもしれない。「コロンブスの卵のように、一見不可能に思えるかもしれないが、一度解決してしまえば、非常に簡単になります」と新竹教授はEUVの消費電力の問題について語った。
フォトマスク上の回路パターンをシリコンウエハーに転写するプロジェクターについては、OISTの設計は天体望遠鏡のように2枚の反射鏡のみで構成されています。
「従来のプロジェクターには少なくとも 6 枚の反射鏡が必要だったことを考えると、この構成は想像を絶するほどシンプルです。これは、光学の収差補正理論を慎重に再考することで可能になりました」と新竹氏は言う。
さらに、「光学シミュレーションソフトウェアを用いて性能を検証しており、先端半導体の製造に十分であることが保証されている」という。
OISTはこの技術の特許を申請しており、まずは半分のスケールのモデルで実証する予定だ。コンセプトを実証した後、2026年に1社以上の日本企業と協力し、実用的なEUVリソグラフィーシステムを構築する予定だ。
すべてが計画通りに進めば、地政学的に重要な半導体産業における日本の世界的な地位は大きく強化されるだろう。
最も可能性の高いパートナーはニコンだろう。同社は技術的な困難さと高コストのため約15年前にEUVリソグラフィーを断念したが、前世代の深紫外線（DUV）リソグラフィーシステムを今でも製造している。
キヤノンも潜在的なパートナーだが、同社は光学部品の代わりに回路パターンの型を使用する全く異なる技術であるナノインプリント・リソグラフィーの商業化に取り組んでいる。
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