EUVリソグラフィチップ製造革命の最前線に立った日本

沖縄科学技術研究所（OIST）は、7nm以下の半導体生産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起こすことができる新しいタイプの極紫外線（EUV）リソグラフィ装置を設計しました。

報道によると、EUV機器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に減少し、はるかに安価な先端チップ製造機の見通しが高まりました。

そうすれば、EU​​Vリソグラフィに対するASMLの独占が終了するという意味であり、これは半導体メーカー、投資家、政府に深刻な影響を及ぼすであろう。

米国の制裁によりEUVリソグラフィ装置の中国販売が禁止され、中国企業が7nmと5nmの半導体を生産するのははるかに難しくコストがかかり、現在台湾TSMCで生産中の3nmノードと現在開発中の2nmとより小さいノードでは不可能します。

AIプロセッサ、スマートフォンに使用される低消費電力の半導体デバイス、最新の高密度メモリチップは、メンテナンスコストが高く、膨大な量の電力を消費する非常に複雑なEUVリソグラフィ装置を使用して製造されています。

OIST Tsumor Shintake教授は、この発明はこの問題をほぼ完全に解決できる画期的な技術であると述べました。

OISTに頼ると次のようになります。カメラ、望遠鏡、古いリソグラフィ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称です。つまり、直線で配置されます。この構成は、最小の収差で高い光学性能を提供し、高品質の画像を生成する。

しかし、これはほとんどの材料に吸収され、透明なレンズを通過できない非常に短い波長のEUV光では不可能です。このため、ＥＵＶリソグラフィシステムでは、光は、非対称のジグザグパターンで光線を反射する三日月形のミラーを使用して導かれる。

OISTによると、この方法は「重要な光学特性を犠牲にしてシステムの全体的な性能を低下させる」と述べた。

この問題を解決するために、新竹教授は2つの軸対称ミラーを一直線に揃え、10個のミラーの代わりに合計4個のミラーのみを使用しました。

吸収性の高いEUV光は反射するたびに40%ずつ弱くなるため、10個のミラーに反射されると光源から出たエネルギーの約1%だけウェハに到達するのに対し、4個のミラーだけを使用するとエネルギーの10%以上がウェハに達します。

これにより、1/10の電力でより小さなEUV光源を使用することができます。

20年前、日本のキヤノンに勤務するアメリカ人エンジニアであるフィルウェアは、サンフランシスコで開かれたSemicon West産業展の技術セミナーでEUVリソグラフィの問題点は、電力消費量が「HDE（フーバーダム等価）」で測定されることだと述べた。

新竹教授の設計が意図したとおりに機能する場合、この問題はついに解決される可能性があります。 「コロンバスの卵のように、 [it] 新竹はEUV電力消費問題について「初めて見るには不可能に見えるかもしれないが、一度解決すれば非常に簡単になる」と話した。

フォトマスクの回路パターンをシリコンウェーハに転写するプロジェクターの場合、OISTの設計は天体望遠鏡のように2つの反射鏡のみで構成されています。

新竹は「この構成は想像できないほど簡単です」と言います。 「従来のプロジェクターには少なくとも6つの反射ミラーが必要であるため、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でした。」

また、「光学シミュレーションソフトウェアを利用して性能を検証し、先端半導体の生産に十分であることが保証されます。」

OISTはこの技術の特許出願を提出し、最初に半規模モデルで実証する予定です。概念を証明した後、2026年に1つ以上の日本企業パートナーと協力して機能するEUVリソグラフィシステムを構築するために使用されます。

もし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地位が大幅に向上するでしょう。

最も有力なパートナーは、約15年前の技術的困難と高コストのためにEUVリソグラフィを放棄しましたが、依然として前世代のDUV（Deep Ultraviolet）リソグラフィシステムを製造するニコンです。

キヤノンも潜在的なパートナーですが、光学の代わりに回路パターンモールドを使用するまったく異なる技術であるナノインプリントリソグラフィを商業化することに取り組んでいます。

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